Design and study of a generator and a correlator of photon triples based on KTiOPO4 and TiO2
Conception et étude d'un générateur et d'un corrélateur de triplets de photons basés sur KTiOPO4 et TiO2
Résumé
This work deals with third-order nonlinear frequency conversion interactions. These processes involve four photons, which can be generated or consumed in the nonlinear media. The production of photon triples by the splitting of a photon of bigger energy is the most interesting process, because of the specific quantum properties of the three generated photons. They are in a new state of light which has not be observed yet. The motivations are theoretical but also pratical, with some applications in quantum cryptography. This work proposes the achievement of a performant photon triples generator, which has led to the first experimental validation of our model describing third-order nonlinear interactions. This generator has opened the door to the design of a correlator to study the specific quantum properties of photon triples. Finally, the titanium dioxyde has shown good properties to realize efficient third-order nonlinear interactions.
L'objet de cette thèse est l'étude et la réalisation d'interactions optiques non linéaires impliquant la susceptibilité électrique de troisième ordre. Ces processus de conversion de fréquences font intervenir quatre photons qui peuvent être consommés ou générés dans un milieu non linéaire. La production de trois photons à partir d'un photon parent, constituant ainsi un triplet de photons, est la problématique centrale de ce travail. Les trois particules générées possèdent des propriétés quantiques spécifiques, qui n'ont pas pu être observées jusque-là, faute de production efficace de triplets de photons. Outre les enjeux théoriques, les applications potentielles couvrent le domaine de la cryptographie quantique où un tel état quantique pourrait être utilisé. Dans la continuité de ce qui avait été fait lors d'une précédente thèse, ce travail présente la réalisation d'un générateur de triplets de photons efficace, dont la caractérisation a permis une comparaison avec le modèle développé dans le cadre de la théorie classique. Un bon accord a été constaté entre théorie et expérience, ce qui constitue une première validation du modèle. Ce générateur a ouvert la voie vers la conception et la réalisation du dispositif d'étude des corrélations quantiques, et vers sa première utilisation. Enfin, une étude du dioxyde de titane, dans sa phase rutile, a montré que ce milieu possède des caractéristiques adéquates à la réalisation de processus non linéaires cubiques efficaces.
Domaines
Physique Atomique [physics.atom-ph]
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