Mini Squeezers Towards Integrated Systems
Mini Squeezers vers des experiences integrées
Résumé
Squeezed states of light are quantum states that can be used in numerous protocols
for quantum computation and quantum communication. Their generation in labora-
tories has been investigated before, but they still lack compactness and practicality
to easily integrate them into larger experiments.
This thesis considers two experiments: one conducted in France, the miniOPO; and
one conducted in Australia, the SquOPO. Both are new designs of compact sources
of squeezed states of light towards an integrated system.
The miniOPO is a linear cavity of 5mm length between the end of a fiber and a
curved mirror with a PPKTP crystal of 1mm inside it. The squeezing generated
in this cavity is coupled into the fiber to be able to be brought to a measurement
device (homodyne) or to a larger experiment. The cavity is resonant for the squeezed
light and the pump light, and locked in frequency using self-locking effects due to
absorption of the pump in the crystal. The double resonance is achieved by changing
the temperature of the crystal.
Two different fibers have been tested in this experiment, a standard single-mode
fiber and a photonic large core single-mode fiber.
The squeezing obtained is still quite low (0.5dB with the standard fiber and 0.9dB
for the photonic fiber) but a number of ameliorations are investigated to increase
these levels in the future.
The SqOPO is a monolithic square cavity made in a Lithium Niobate crystal using
four total internal reflections on the four faces of the square to define an optical mode
for the squeezed mode and the pump mode. The light is coupled in the resonator
using frustrated internal reflection with prisms. The distance between the prisms
and the resonator defined the coupling of the light, which allows us to control the
finesse of the light in the resonator and by using birefringent prisms it is possible
to tune independently the two frequencies in the resonator to achieve an optimal
regime. The frequency of the light is locked using absorption of the pump light in
the resonator to achieve self-locking, and double resonance is controlled by tuning
the temperature of the crystal.
We demonstrated 2.6dB of vacuum squeezing with this system. Once again, the
amount of squeezing is low, but ameliorations that could be implemented in the
future are discussed.
Les états comprimés de lumière sont des états quantiques qui peuvent être utilisés dans de nombreux protocoles pour le calcul quantique et la communication quantique. Leur génération en laboratoire a déjà été étudiée auparavant, mais ils manquent en général encore de compacité et de praticabilité pour une intégration facile dans des expériences plus grandes.
Cette thèse considère deux expériences: celle menée en France, le miniOPO; et celle menée en Australie, le SquOPO. Les deux sont de nouvelles conceptions de sources compactes d' état de lumière comprimé dans l'optique d'une intégration future.
Le miniOPO est une cavité linéaire d'une longueur de 5 mm entre l'extrémité d'une fibre et un miroir incurvé avec un cristal de PPKTP de 1 mm à l'intérieur. Le vide comprimé généré dans cette cavité est couplé dans la fibre pour pouvoir être envoyé vers un systeme de mesure, (dispositif homodyne) ou vers une plus grande expérience. La cavité est résonnante pour la fréquence de la lumière comprimé et pour celle de la pompe. Le système est verrouillé en fréquence en utilisant des effets auto-verrouillant du à l'absorption de la pompe dans le cristal. La double résonance est obtenue en changeant
la température du cristal.
Deux fibres différentes ont été testées dans cette expérience, une fibre mono-mode standard, et une fibre photonique mono-mode avec un diamètre de mode plus important. Le vide comprimé obtenu est encore assez faible (0.5dB avec la fibre standard et 0.9dB pour la fibre photonique), mais un certain nombre d'améliorations sont étudiées pour augmenter
ces niveaux dans l'avenir.
Le SqOPO est une cavité carrée monolithique dans un cristal de Niobate de Lithium. En utilisant quatre réflexions total internes sur les quatre faces du cristal, il est possible de définir un mode optique de cavité pour la fréquence du vide comprimé et celle du mode de la pompe. La lumière est couplée dans le résonateur en utilisant une frustration de la réflexion interne par des prismes. La distance entre les prismes et le résonateur défini la force du couplage de la lumière, ce qui nous permet de contrôler la finesse de la lumière dans le résonateur. En utilisant des prismes biréfringents, il est possible
de contrôler indépendamment la finesse des deux fréquences dans le résonateur pour atteindre un régime optimum. Comme pour le MiniOPO, La fréquence de résonance de la cavité est verrouillé grâce à l' absorption de la lumière de pompage dans le résonateur, ce qui permet d' atteindre l'auto-verrouillage. La double résonance est contrôlée par le réglage de la température du cristal. et la position des prismes.
Nous avons démontré 2.6dB de vide comprimé avec ce système. Encore une fois, la quantité de compression est faible, mais des améliorations qui pourraient être mises en œuvre dans l'avenir sont discutées.
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