Quantum properties of ultra-short pulses generated by SPOPOs : multi-mode squeezing and entanglement

par Giuseppe Patera

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Claude Fabre et de Luigi A. Lugiato.

Soutenue en 2008

à Paris 6 en cotutelle avec Facolta di Scienze, Como .

mots clés

• Oscillateur paramétrique optique laser
• Laser à verrouillage de phase
• Peignes de fréquences
• Réduction de bruit
• Intrication
• Multi-mode

Titre traduit

Propriétés quantique des impulsions ultra-courtes générées par oscillateurs paramétriques optiques pumpés en mode synchrone : compression des fluctuations et intrication multi-modes

Résumé

Ce mémoire présente une étudie théorique des propriétés dynamiques et quantiques d’un oscillateur paramétrique optique dégénéré de type I que est pompé de manière synchrone par un laser verrouillé en phase (SPOPO). Récemment, des SPOPO ont été exploité pour générer des impulsions optique de très bref durée et leurs propriétés temporelles ont été étudiées théoriquement. Ayant un très grand nombre de degrés de liberté, le champ sortant d’un SPOPO doit être caractérisé au moyen d’une analyse quantique multimodale. Par conséquent, nous développons d’abord un modèle multi-mode de ce système en déduisant des équations quantiques pour les opérateurs de champ intra-cavité. Ensuite, nous étudions les solutions stationnaires pour les champs générés. Celles-ci sont solution d’une équation aux valeurs propres dont le spectre donne des informations sur le nombre de modes « utiles » qui peuvent être extraits et qui condensent toutes les propriétés dynamiques et quantiques du champ intra-cavité et que nous appelons « super-modes ». En fait, nous montrons que non seulement le super-mode de seuil le plus bas a (idéalement) des fluctuations parfaitement comprimées au seuil, mais aussi tout les autres super-modes, dont les seuils sont suffisamment proches du première, ont un caractère non-classique important. Cette propriété démontre clairement le fait qu’un SPOPO est un système fortement multi-mode. La dernière partie est consacrée à l’étude du champ de sortie sous le point de vue de la génération d’états intriqué multi-modes et à l’optimisation de ces états au moyen de configurations expérimentales spécifiques.

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