Theoretical and experimental study of quantum correlations generated by four-wave mixing in a hot atomic vapor - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Theoretical and experimental study of quantum correlations generated by four-wave mixing in a hot atomic vapor

ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DES CORRELATIONS QUANTIQUES OBTENUES PAR MELANGE A QUATRE ONDES DANS UNE VAPEUR ATOMIQUE

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Résumé

We study both theoretically and experimentally the generation of quantum correlations in the continuous variable regime by way of four-wave mixing in a hot atomic vapor. Two theoretical approaches have been developed. On one side, we study the four-wave mixing under the "classical" non-linear optics point of view. In such a way we obtain the evolution equation for an ideal linear amplifier in a chi(3) medium. On the other side, we present a microscopic model with 4 levels in the double-Lambda configuration to calculate the chi(3) coefficient in a atomic vapor dressed with a laser. This calculation allows us to derive the spectra of intensity noise for interesting parameters. The experimental part of this work describes the demonstration of this effect on the D1 line of rubidium 85. We present a measurement of relative intensity squeezing as high as -9.2dB below the standard quantum limit, and an original regime where quantum correlations have been measured without amplification. These results have broad applications in the field of multimode quantum optics, e.g. quantum imaging or the multimode quantum memories.
Ce travail de thèse se consacre à l'étude théorique et expérimentale de la génération de corrélations quantiques dans le régime des variables continues par mélange à 4 ondes dans une vapeur atomique. Deux approches théoriques complémentaires sont développées. D'une part, nous étudions le mélange à 4 ondes sous le point de vue de l'optique non-linéaire "classique" afin d'obtenir les équations d'évolution d'un amplificateur idéal pour un milieu de susceptibilité diélectrique chi(3). D'autre part, nous présentons un modèle microscopique à 4 niveaux en double-Lambda permettant de calculer le coefficient chi(3) pour une vapeur atomique en présence de laser, et ainsi obtenir théoriquement les spectres de bruit en intensité des grandeurs observées. La mise en oeuvre expérimentale de ce processus sur la raie D1 du rubidium 85 est ensuite détaillée. Nous présentons notamment un taux de compression sous la limite quantique standard de -9.2dB, ainsi qu'un régime original permettant la génération de corrélations quantiques sans amplification. L'ensemble de ces résultats a des applications très importantes dans le domaine de l'optique quantique multimode. Citons par exemple l'imagerie quantique ou les mémoires quantiques multimodes.
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Dates et versions

tel-00558505 , version 1 (21-01-2011)

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  • HAL Id : tel-00558505 , version 1

Citer

Quentin Glorieux. ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DES CORRELATIONS QUANTIQUES OBTENUES PAR MELANGE A QUATRE ONDES DANS UNE VAPEUR ATOMIQUE. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00558505⟩
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