Fluctuations quantiques et thermiques dans les transducteurs électromécaniques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1998

Fluctuations quantiques et thermiques dans les transducteurs électromécaniques

Résumé

Fluctuations are present in any measurement and determine the ultimate sensitivity. This is particularly true for the fundamental fluctuations, namely thermal and quantum noise. The first objective of this thesis has been to develop a general method allowing us to treat measurement systems consisting of passive elements and active ones, the latter being used for amplification and feedback. This method, based on network theory and on the quantum scattering matrix formalism, is applicable to linear systems and, in a more general case, to systems linearisable around the working point. It can take into account all noise sources and can, therefore, describe accurately a non ideal, real, measurement. Its modular character is well-adapted for the treatment of complex systems. The second objective has been to study the influence of quantum and thermal fluctuations on electromecanical measurements. The noise in such systems is usually dominated by thermal fluctuations, but has been pushed towards the quantum limits by ambitious experimental studies requiring very high sensitivity (detection of gravitational waves, test of the equivalence principle in outer space) and due to the technological development in the field of cryogenics. The method developed in this thesis provides a consistent theoretical framework for the treatment of quantum and thermal fluctuations in these systems. In particular, results have been obtained for an accelerometer developed at ONERA for fundamental physical experiments in space, which has the specific feature of employing the mechanism of cold damping. The results allow for an estimate of the ultimate sensitivity limits of such an instrument.
Les fluctuations sont présentes dans toute mesure et elles en limitent la sensibilité ultime. Ceci est vrai en particulier pour les fluctuations de nature fondamentale qui correspondent au bruit thermique et au bruit quantique. Un premier objectif de cette thèse a été le développement d'une méthode générale qui permette le traitement de ces fluctuations dans des systèmes de mesure comportant des éléments passifs et des éléments actifs remplissant des fonctions d'amplification ou de contre-réaction. Cette méthode, basée d'une part sur la théorie des réseaux, d'autre part sur le formalisme quantique de la matrice S, s'applique aux systèmes linéaires et, plus généralement, aux systèmes linéarisables autour du point de fonctionnement. Elle peut prendre en compte toutes les sources de bruit et décrit donc la non-idéalité de la mesure. Son caractère modulaire se prête bien au traitement des systèmes complexes. Un deuxième objectif a été l'étude des effets des fluctuations quantiques et thermiques sur la sensibilité des mesures électromécaniques. Le bruit dans ces systèmes, habituellement dominé par les fluctuations thermiques, s'est rapproché du niveau quantique, sous la pression des expériences nécessitant de très hautes sensibilités (détection des ondes gravitationnelles, test du principe d'équivalence dans l'espace) et grâce aux développements technologiques dans le domaine cryogénique. La méthode développée dans cette thèse fournit un cadre théorique consistent pour traiter fluctuations quantiques et thermiques dans ces systèmes. Des résultats précis ont été obtenus pour un accéléromètre conçu par l'ONERA pour des expériences de physique fondamentale dans l'espace et qui présente la particularité d'utiliser un mécanisme de friction froide. Ces résultats permettent d'estimer les limites ultimes de sensibilité d'un tel instrument.
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Dates et versions

tel-00011777 , version 1 (07-03-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00011777 , version 1

Citer

Francesca Grassia. Fluctuations quantiques et thermiques dans les transducteurs électromécaniques. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1998. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011777⟩
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