Mini squeezers vers des systèmes intégrés

Mini squeezers towards integrated systems

• Auteur / Autrice : Alexandre Brieussel
• Direction : Ping Koy Lam, Nicolas Treps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique quantique
• Date : Soutenance le 13/05/2016
• Etablissement(s) : Paris 6 en cotutelle avec Australian national university
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Agnès Maître
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Lefebvre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ulrik Lund Andersen, Hidehiro Yonezawa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique quantique

Cristaux photoniques

États comprimés (optique)

Mots clés libres

Optique quantique

Vide comprimé

OPO

Fibres

Fibres photoniques

Guide d'onde

Compact squeezers

Wave guide

Photonic fiber

Résumé

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 déja été étudiée au paravant, mais ils manquent en general encore de compacité et de praticitalité 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 integration 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 frequence de lumiere comprimé et pour celle de la pompe. Le systeme 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 diametre 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 crystal, il est possible de definir un mode optique de cavité pour la frequence 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 la finesse de la lumière dans le résonateur. En utilisant des prismes biréfringents, il est possible de controler indépendamment la finesse des deux fréquences dans le résonateur pour atteindre un régime optimum. Comme pour le MiniOPO, La fréquence de resonance de la cavité est verouillé grace 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.

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.