Quantum properties of ultra-short pulses generated by SPOPOs: multi-mode squeezing and entanglement - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Quantum properties of ultra-short pulses generated by SPOPOs: multi-mode squeezing and entanglement

Propriété quantiques des impulsions ultra courtes générées par oscillateurs paramétriques optiques pompés en mode synchrone: compression des fluctuations et intrication multi-modes

Giuseppe Patera

Résumé

This Thesis studies, from a theoretical point of view, the dynamical and quantum properties of a type I degenerate optical parametric oscillator which is synchronously pumped by a mode-locked laser (SPOPO). In recent past, SPOPOs have been used for generating ultra-short optical pulses of tunable wavelength and their temporal properties have been investigated. Having a huge number of degrees of freedom, the output field of a SPOPO needs to be characterized via a multimodal quantum analysis. Then, we first develop a multimode model of the device, obtaining the quantum equations for the intra-cavity field operators. Afterwards, we study the steady state solutions of the average values of the generated fields that are the solutions of an eigenvalue equation. Its spectrum gives information about the “useful” number of modes in which are concentrated almost all the dynamical and quantum properties of the intra-cavity field and which we call “super-modes”.Indeed, we show that not only the super-mode of minimum threshold is (ideally) perfectly squeezed at threshold, but that all the other super-modes have an important non-classical character provided that their thresholds are close enough to the minimum one. This circumstance gives the clear image that a SPOPO is a highly quantum multi-mode system. Finally, the last part of this Thesis is focused on the study of the output of a SPOPO from the point of view of the generation of highly multi-mode entangled states and their optimization by means of specific experimental configurations.
Ce mémoire présente une étudie théorique des propriétés dynamiques et quantiques d'un oscillateur paramétrique optique dégénéré de type I que est pompé de manière synchrone par un laser verrouillé en phase (SPOPO). Récemment, des SPOPO ont été exploité pour générer des impulsions optique de très bref durée et leurs propriétés temporelles ont été étudiées théoriquement. Ayant un très grand nombre de degrés de liberté, le champ sortant d'un SPOPO doit être caractérisé au moyen d'une analyse quantique multimodale. Par conséquent, nous développons d'abord un modèle multi-mode de ce système en déduisant des équations quantiques pour les opérateurs de champ intra-cavité. Ensuite, nous étudions les solutions stationnaires pour les champs générés. Celles-ci sont solution d'une équation aux valeurs propres dont le spectre donne des informations sur le nombre de modes « utiles » qui peuvent être extraits et qui condensent toutes les propriétés dynamiques et quantiques du champ intra-cavité et que nous appelons « super-modes ».En fait, nous montrons que non seulement le super-mode de seuil le plus bas a (idéalement) des fluctuations parfaitement comprimées au seuil, mais aussi tout les autres super-modes, dont les seuils sont suffisamment proches du première, ont un caractère non-classique important. Cette propriété démontre clairement le fait qu'un SPOPO est un système fortement multi-mode. La dernière partie est consacrée à l'étude du champ de sortie sous le point de vue de la génération d'états intriqué multi-modes et à l'optimisation de ces états au moyen de configurations expérimentales spécifiques.
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Dates et versions

tel-00404162 , version 1 (15-07-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00404162 , version 1

Citer

Giuseppe Patera. Quantum properties of ultra-short pulses generated by SPOPOs: multi-mode squeezing and entanglement. Atomic Physics [physics.atom-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00404162⟩
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