Transparence induite électromagnétiquement et mémoires quantiques sur la raie D2 du césium : effet de l’élargissement inhomogène dans une structure atomique multi-niveaux

par Michael Scherman

Thèse de doctorat en Physique. Physique Quantique

Sous la direction de Elisabeth Giacobino et de Julien Laurat.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .


  • Résumé

    Parce qu’il permet une interaction lumière-matière forte, contrôlable, et cohérente, le phénomène de transparence induite électromagnétiquement (EIT) trouve aujourd’hui des applications dans un champ très large de la physique. Cependant, sur la raie D2 du 133Cs, la transparence expérimentalement mesurée est très faible en présence d’élargissement inhomogène. Nous menons donc une étude théorique qui prend en compte les multiples niveaux excités de la raie et précise leur influence sur l’EIT. Elle conclut à l’existence de classes de vitesses atomiques particulières, responsables de la diminution de la transparence. Nous proposons alors une méthode originale permettant de restaurer l’EIT en creusant localement la distribution de vitesses. L’augmentation ainsi prévue de la transparence est ensuite vérifiée expérimentalement. Deux expériences de mémoire par EIT sont ensuite présentées. Dans la première, deux quadratures orthogonales d’une bande latérale unique sont stockées dans une vapeur chaude de cesium, puis relues sans mesurer d’excès de bruit. Dans la seconde, le stockage d’un état cohérent en régime de photon unique est obtenu dans un nuage d’atomes froids. Afin de préparer le stockage de lumière non classique, l’asservissement de la mesure d’un état comprimé sur une quadrature fixe a été réalisé. Ce montage doit permettre de démontrer l’intrication déterministe de deux ensembles atomiques

  • Titre traduit

    Electromagnetically induced transparency and quantum memories in the cesium D2 line : effects of the inhomogeneous broadening in a multilevel atomic structure


  • Résumé

    Because it allows a strong, controllable, and coherent light-matter interaction, electromagnetically induced transparency (EIT) is nowadays used in a wide range of physical phenomena. However, on the D2 line of 133Cs, and in the presence of inhomogeneous broadening, the experimentally measured transparency is very weak. We thus investigate theoretically a model that takes into account the multiple excited levels of the line and identify the influence of each of them on the EIT. The study concludes that some particular velocity classes of atoms are responsible for the loss of the EIT. We then propose an original method that permits to restore the transparency by velocity distribution shaping. Finally, the expected increase of the transparency is experimentally demonstrated. Then, two EIT-based quantum memory experiments are presented. In the first one, two orthogonal quadratures of a single-sideband were stored without excess noise in a hot vapor of Cs. In the second one, the storage of a coherent state in the single photon regime in a cloud of cold atoms is obtained. In order to prepare the storage of non classical light, the lock of the homodyne measurement in a fixed quadrature of a squeezed state is realized. This experiment should lead to the demonstration of on demand entanglement of two atomic ensembles

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Informations

  • Détails : 1 vol. (271 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 260-271. Réf. Bibliogr. 123

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
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  • Cote : T Paris 6 2012 054
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