Etude theorique et experimentale de mesures quantiques non-destructives de l'intensite d'un faisceau lumineux, realisees a l'aide de non-linearites a deux photons

Theoretical study and experimental observation of quantum nondemolition measurements of an optical intensity, in a two-photon non-linearity

• Auteur / Autrice : JEAN-FRANCOIS ROCHE
• Direction : Philippe Grangier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

Le sujet de ce memoire est l'etude de mesures quantiques non destructives (mesures qnd) en optique. Nous montrons, theoriquement et experimentalement, qu'une telle mesure peut etre realisee en couplant deux faisceaux lumineux dans un milieu non lineaire, ici une transition a deux photons dans un jet atomique de sodium. Le principe fondamental est d'utiliser une modulation de phase croisee (effet kerr croise): les fluctuations quantiques d'intensite d'un faisceau laser, choisi comme signal, peuvent alors etre transferees non destructivement sur les fluctuations de phase d'un autre faisceau, choisi comme mesure. La perturbation due a la mesure apparait 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 lineaire est place dans une cavite optique. Cette configuration joue egalement le role de detection interferometrique, permettant la mesure de l'information apparue sur les fluctuations de phase du faisceau de mesure. La mesure qnd peut etre caracterisee a l'aide de parametres simples, directement mesurables. Les resultats obtenus experimentalement montrent une amelioration fondamentale, par rapport aux performances de tout coupleur standard, tel qu'une simple lame semi-transparente. Enfin, nous presentons une analyse d'un bistable a deux photons, couplant deux modes distincts du champ. Les resultats experimentaux sont compares avec le modele correspondant a la modulation de phase croisee, ainsi qu'a une solution numerique de l'interaction entre les champs intra-cavite et les atomes a trois niveaux, decrites par les equations de bloch optiques. Nous montrons theoriquement qu'un tel systeme permet de predire plusieurs effets de reduction des fluctuations quantiques