Etude théorique et expérimentale de mesures quantiques non-destructives de l'intensité d'un faisceau lumineux, réalisées à l'aide de non-linéarités à deux photons. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 1992

Etude théorique et expérimentale de mesures quantiques non-destructives de l'intensité d'un faisceau lumineux, réalisées à l'aide de non-linéarités à deux photons.

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Abstract

The subject of this work is the study of Quantum Non-Demolition (QND) Measurements - in Optics. We show, both theoretically and experimentally, that such measurements can be performed using a non-linear coupling between two light beams. This interaction is obtained with a two-photon transition, inside a sodium atomic beam. The principle of this experiment is to use the crossed-phase modulation (crossed-Kerr effect), so as to transfer non-destructively the quantum intensity fluctuations of a laser beam, taken as the "signal", to the phase fluctuations of another beam, used as the "meter". The non-linear medium is located in a cavity. It is then possible to enhance the coupling between the two bearns, and also to use the cavity as an interferometric detector, which allows one to read out the phase fluctuations of the meter beam. The QND measurement can be characterized by simple parameters, which are directly measured. The experimental results that we obtained clearly show that our set-up has an actual efficiency above the quantum limit, appearing in standard coupling devices such as a beamsplitter. An analysis of a two-photon double-beam bistable device, in the dispersive and highfinesse limits, is also presented. The experimental results are compared with a simple crossedphase modulation model, and also with a numerical solution of the interaction between the cavity fields and three-level atoms, using the Optical Bloch Equations. Finally, we analyze several new quantum noise reduction effects, allowed by this system.
Le sujet de ce mémoire est l'étude de mesures Quantiques Non-Destructives (mesures QND) en Optique. Nous montrons, théoriquement et expérimentalement, qu'une telle mesure peut être réalisée en couplant deux faisceaux lumineux dans un milieu non-linéaire, ici une transition à deux photons dans un jet atomique de sodium. Le principe fondamental est d'utiliser une modulation de phase croisée (effet Kerr croisé) : les fluctuations quantiques d'intensité d'un faisceau laser, choisi comme "signal", peuvent alors être transférées nondestructivement sur les fluctuations de phase d'un autre faisceau, choisi comme "mesure". La perturbation due à la mesure apparaît sur le signal, sous la forme d'une augmentation de son bruit de phase. Afin d'augmenter le couplage entre les deux faisceaux, le milieu non-linéaire est placé dans une cavité optique. Cette configuration joue également le rôle de détection interféromètrique, permettant la mesure de l'information apparue sur les fluctuations de phase du faisceau de mesure. La mesure QND peut être caractérisée à l'aide de paramètres simples, directement mesurables. Les résultats obtenus expérimentalement montrent une amélioration fondamentale, par rapport aux performances de tout coupleur standard, tel qu'une simple lame semitransparente. Enfin, nous présentons une analyse d'un bistable à deux photons, couplant deux modes distincts du champ. Les résultats expérimentaux sont comparés avec le moàèle correspondant à la modulation de phase croisée, ainsi qu'A une solution numérique de l'interaction entre les champs intra-cavité et les atomes à trois niveaux, décntes par les Equations de Bloch Optiques. Nous montrons théoriquement qu'un tel système permet de prédire plusieurs effets de réduction des fluctuations quantiques.
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Dates and versions

pastel-00714237 , version 1 (03-07-2012)

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  • HAL Id : pastel-00714237 , version 1

Cite

Jean-François Roch. Etude théorique et expérimentale de mesures quantiques non-destructives de l'intensité d'un faisceau lumineux, réalisées à l'aide de non-linéarités à deux photons.. Optique [physics.optics]. Université Paris Sud - Paris XI, 1992. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00714237⟩
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