Etude expérimentale des fluctuations spatiales d'origine quantique en amplification paramétrique d'images

Experimental study of spatial quantum fluctuations in parametric amplification of images

• Auteur / Autrice : Alexis Mosset
• Direction : Eric Lantz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique quantique

Résumé

Ce mémoire présente une étude expérimentale des fluctuations spatiales d'origine quantique de l'intensité dans des images en amplification paramétrique optique (OPA). Dans un premier temps nous avons caractérisé la réponse d'une caméra CCD lors de la mesure du bruit de photons dans le plan transverse de l'image. Pour cela, nous avons montré la pleine aptitude des capteurs silicium pour le domaine visible (527 nm) et leur mauvaise réponse dans le proche IR (1055 nm). Puis nous avons calibré le capteur sur toute sa dynamique afin d'éliminer l'inhomogénéité de réponse des pixels et ainsi mesurer le bruit de photons dans des images faibles ou intenses. D'autre part, nous avons étudié les aspects quantiques des OPA. L'amplification à l'aide d'un cristal de BBO de type I d'images (527 nm) dominées par le bruit quantique à l'aide d'une pompe UV (264 nm) s'est imposée comme le meilleur compromis expérimental. Nous avons mis au point un montage et un protocole de mesure permettant la comparaison entre l'amplification sensible à la phase (PSA) et l'amplification insensible à la phase (PIA). Dans le cas d'une PIA, nous avons mis en évidence la dégradation du rapport signal à bruit. Pour la configuration PSA, nous avons réalisé la première amplification paramétrique d'images sans bruit spatial. Pour ces deux cas, les valeurs expérimentales sont en accord avec la figure de bruit attendue. De plus, nous avons étudié la distribution des fluctuations spatiales de la fluorescence paramétrique. L'emploi d'impulsions brèves et un fort filtrage des longueurs d'onde ont permis la caractérisation directe de la distribution de Bose-Einstein pure.

This dissertation presents an experimental study of spatial quantum fluctuations of light in optical parametric amplification (OPA). First, we characterize the response of a CCD camera for the measurement of the spatial shot noise in the image transverse plane. We show the high capabilities of silicon arrays for the visible domain (527 nm) contrary to its bad response in the near IR domain (1055 nm). Then, we use a calibration method of the sensitivity of pixels to eliminate inhomogeneities and to retrieve shot noise for high and low intensity levels. Next, we study the quantum aspects of OPA. The best experimental solution is to amplify a shot noise limited image (527 nm) by a UV pump (264 nm) in a type I BBO cristal. We define an experimental scheme and a protocol of measurement to compare the phase sensitive amplification scheme (PSA) and the phase insensitive amplification scheme (PIA). For the PIA case, we show the degradation of the signal to noise ratio. And for the PSA case, we achieved the first spatially noiseless amplification of images. For both cases, experimental values are in good agreement with theoretical noise figure. Moreover, we study the spatial fluctuations of parametric fluorescence. Using short pulses combined with a narrow spectral filter, we directly characterize a pure distribution of Bose-Einstein.