Lumière issue d'émetteurs individuels, applications. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2004

Light from single emitters, applications

Lumière issue d'émetteurs individuels, applications.

Résumé

We experimentally studied properties of light emitted by single nano-particles. Our work was mainly devoted to fluorescence of single emitter used as a room temperature triggered single photon source for quantum cryptography. Such a source relies on the pulse excitation of a single emitter located at the focus of a high numerical aperture microscope objective. We showed evidence for non-classical light emission from a single dye molecule. Intensity noise was also studied by measuring Mandel parameter of the photon temporal distribution. At short integration time, we observed an intensity noise reduction from the single photon source, compared to an equivalent classical source. The measurement technique that we developed relies on a photon-by-photon timestamp acquisition, which furthermore allows one to infer molecular dynamical parameters. This technique appears as an alternative to usual time correlation measurement.
To overcome dye photobleaching, hardly compatible with applications, we replaced molecules by colour centres in diamond nanocrystals. Such a centre behave like a molecular emitter, and is furthermore perfectly photostable at room temperature. The triggered single photon source relying on the colour centre fluorescence was then used in a quantum key distribution setup in which photon propagate in free space. We showed experimentally that even in the presence of a strong attenuation on the transmission channel, the single photon source still allows two parties to share a secret, whereas attenuated laser pulses would not.
In this report, we also describe a few results on second-harmonic generation by single organic nanostructures. Analysis of such a signal is used as a diagnostic of the monocrystalline nature of the nano-ojects. Finally, we conclude by a brief overview of the new project that we just started concerning the coherent manipulation of the single spin in a diamond colour centre for quantum information processing.
Nous avons étudié expérimentalement des propriétés de la lumière émis par des objets individuels. Nos études ont essentiellement porté sur la fluorescence d'émetteurs individuels en vue de disposer d'une source de photons uniques déclenchée fonctionnant à température ambiante et utilisable pour la cryptographie quantique. Cette source repose sur l'excitation impulsionnelle d'un seul émetteur placé au foyer d'un objectif de microscope de grande ouverture numérique. Sur un système moléculaire organique, nous avons mis en évidence le caractère non-classique de la lumière émise. Nous avons étudié le bruit d'intensité en mesurant le paramètre de Mandel de la distribution temporelle de photons. Une réduction du bruit par rapport à une source de lumière classique équivalente est observée aux temps courts. La technique de mesure mise au point, qui repose sur l'acquisition de tous les instants d'arrivée des photons détectés, permet en outre de remonter à la dynamique de la molécule, fournissant ainsi une alternative à l'enregistrement direct des corrélations temporelles habituellement utilisé.
Pour pallier l'inévitable photoblanchiment des molécules de colorants, difficilement compatible avec les applications, nous leur avons préféré un centre coloré unique dans un nanocristal de diamant. Ce dernier se comporte du point de vue de sa fluorescence comme un système moléculaire avec l'avantage supplémentaire d'être parfaitement photostable à température ambiante. Nous avons utilisé la source de photons uniques reposant sur ce centre coloré dans une expérience de distribution quantique de clé de cryptage avec une transmission des photons en espace libre. Nous avons montré qu'une telle source permettait encore le partage d'une clé sûre en présence d'une forte atténuation sur la ligne, là où les impulsions laser atténuées ne peuvent plus permettre un tel partage de secret.
Nous décrivons également dans ce mémoire quelques résultats obtenus sur la génération de second harmonique par des nanocristaux organiques et l'utilisation d'un tel signal comme diagnostic du caractère cristallin du nano-objet ainsi détecté. Enfin, nous concluons sur le projet en cours portant sur la manipulation cohérente d'un spin individuel d'un centre coloré du diamant, pour le traitement quantique de l'information.
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Dates et versions

tel-00011177 , version 1 (09-12-2005)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00011177 , version 1

Citer

François Treussart. Lumière issue d'émetteurs individuels, applications.. Physique [physics]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. ⟨tel-00011177⟩
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