Frequency combs at the quantum limit - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Frequency combs at the quantum limit

Peignes de fréquence a la limite quantique

Résumé

Precision metrology is one application of optical frequency combs. Classical noise in their properties typically limits achievable measurement sensitivity. Amplitude and phase noise in optical frequency combs have already been studied extensively. So far, noise sidebands close to the carrier of either individual optical frequencies or of the mean field have been considered. This thesis develops methods to precisely characterize amplitude and phase noise down to the quantum limit. To this aim a transmissive, broadband passive cavity is developed. It filters and inter-converts amplitude and phase noise. The analysis of its signal by the use of homodyne detection provides a quantum limited measurement of phase noise. The application of ultrafast pulse shaping enables the measurement of the spectral correlations of amplitude and phase noise. Being represented by the use of covariance matrices, the entire noise correlations over the optical spectrum are characterized on the example of a Ti:Sapph oscillator. The measured noise correlations exhibit spectral structures, so-called modes. Their shape matches with the theoretical prediction. This concept known from multi-partite optical quantum systems is consequently applicable to classical noise in frequency combs. The knowledge of the intrinsic noise modes is likely provide an improvement of precision metrology experiments with combs.
La métrologie de haute précision est une application des peignes de fréquences optiques. Typiquement, la sensibilité de mesure est limitée par le bruit classique des propriétés des peignes. Leur bruit d’amplitude et de phase a été largement étudié et jusqu’à présent. Pourtant, uniquement des bandes latérales de bruit proche de la porteuse ont été caractérisées pour des fréquences individuelles et le champ moyen. Cette thèse développe des méthodes de caractérisation de bruit d’amplitude et phase à la limite quantique. A cette fin, une cavité passive et large bande est développée. Elle filtre et inter-convertit les bruits d’amplitude et phase. L’analyse de son signal à l’aide d’une détection homodyne permet la mesure du bruit de phase d’un peigne avec une sensibilité à la limite quantique. L’application d’un faconnage des impulsions ultra brèves rend possible la mesure des corrélations spectrales du bruit. Tout en étant représentés par des matrices de covariance, l’ensemble des corrélations du bruit sur le spectre optique d’un oscillateur Ti:Sapph est caractérisé. Les corrélations mesurées montrent des structures spectrales, dites modes, qui sont en accord avec la prédiction théorique. Ce concept apparait comme analogue au formalisme décrivant des systèmes multi-partites en optique quantique. Il est par conséquent aussi un moyen de description de bruit classique. La connaissance des modes intrinsèques du bruit est susceptible de mener à une amélioration de la précision de mesures avec des peignes de fréquences optiques.
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thesis R.Schmeissner 2014 12 23.pdf (37.44 Mo) Télécharger le fichier

Dates et versions

tel-01098503 , version 1 (25-12-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01098503 , version 1

Citer

Roman Schmeissner. Frequency combs at the quantum limit. Physics [physics]. Universite de Paris; Pierre et Marie Curie, Paris VI, 2014. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01098503⟩
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