Source intégrée de lumière comprimée aux longueurs d’ondes des télécommunications

Integrated squeezed light source at telecommunications wavelengths

• Auteur / Autrice : François Mondain
• Direction : Sébastien Tanzilli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 15/06/2020
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Physique de Nice
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Mortessagne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Tanzilli, Fabrice Mortessagne, Valentina Parigi, Juan Ariel Levenson, Eleni Diamanti, Virginia D'Auria
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valentina Parigi, Juan Ariel Levenson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Intrication quantique

Optique quantique

Effet photoréfractif

Niobate de lithium

Photonique

Optique intégrée

États comprimés (optique)

Mots clés libres

Lumière comprimée

Optique intégrée

Photonique

Niobate de lithium

Variables continues

Photoréfraction

Squeezed light

Integrated optics

Photonics

Lithium niobate

Continuous variables

Photorefraction

Résumé

Les récents progrès de la physique quantique en matière de manipulations d'objets quantiques individuels et/ou collectifs promettent une révolution dans les domaines de la communication, de la métrologie, de l'informatique et de la simulation. Plus spécifiquement, l'avènement des nouvelles technologies quantiques repose sur la génération, la manipulation et le contrôle d'états quantiques tels que l'intrication. Découverte il y a plus de 30 ans, la lumière comprimée s'est imposée comme un outil de choix pour la mise en œuvre des technologies quantiques, mais son utilisation souffre encore aujourd'hui d'un manque crucial de compacité, freinant ainsi la croissance de certaines réalisations en photonique quantique.Pour pallier ce problème, nous avons développé une plateforme photonique compacte de génération et de détection de lumière comprimée aux longueurs d’ondes des télécommunications. Elle repose sur le mariage entre les composants à fibre optique standards à 1550 nm et de l'optique intégrée sur niobate de lithium (LiNbO3), permettant d'obtenir un montage compact, facilement reconfigurable sans qu'aucun alignement ne soit nécessaire (plug-and-play). Grâce à cette approche, nous avons pu mesurer jusqu’à -2 dB de compression pour une puissance de pompe continue de 40 mW, ouvrant ainsi la voie vers la réalisation de systèmes compacts de variables continues en dehors du cadre des laboratoires.Afin de mieux comprendre les limites de notre système expérimental, nous nous sommes également intéressés aux propriétés photoréfractives du niobate de lithium, c'est-à-dire à la variation de son indice optique en fonction de l'intensité lumineuse qui le traverse. En régime de variables continues, là où les puissances optiques peuvent être relativement élevées, ces effets peuvent durablement affecter le fonctionnement des circuits photoniques intégrés sur LiNbO3. Pour cette raison, une étude précise de la photoréfraction a également été accomplie afin d’optimiser la génération et la détection de la lumière comprimée sur puce LiNbO3.

Recent progress in quantum physics predicts a future revolution in the fields of communication, sensing, computing and simulation which rely on our hability to generate and control quantum states such as entanglement. Discovered more than thirty years ago, squeezed light has rapidly became an important tool for the implementation of quantum technologies, but its use still suffers from a lack of compactness wich limits the growth of quantum photonics realisations. To tackle this issue, we developpe a compact photonic platform to generate and detect squeezed light at telecom wavelengths. It is build upon an association between off the shelf telecom components and integrated optics on lithium niobate (LiNbO3) allowing a compact, and easy reconfigurable setup, without any alignment (plug-and-play). With this original aprroach, we directly measure up to -2dB shot noise reduction for a CW pump power of 40 mW, opening the way to out-of-the lab continuous variable experimentations.In order to fully understand the limits of our experimental setup, we also investigate the photorefractive properties of the LiNbO3, which means his intensity dependant refractive index. This effect could be a great issue in CV experiments, where high pump powers near visible wavelengths are needed. For this reason, we also study precisely the photorefraction in order to optimise the generation and the detection of squeezed light in integrated lithium niobate photonics circuits.