Battements de photons uniques dans un interféromètre à base de modulateurs acousto-optiques

International audienceWe present in the following a quantum optics experiment appropriate for advanced undergraduate students with former experience in quantum optics. It extends classical single photon setups to the time dependent domain. We demonstrate self-heterodyning of heralded single photons using a Mach-Zender like interferometer where beamsplitters are replaced by two acousto-optic modulators (AOMs). The single pho-ton beat note is recorded over time at the frequency difference between the RF generators driving the AOMs, which makes it observable directly on a human time scale i. e. with periods above a fraction of a second. To compare with our observations, we tailor the standard quantum optics formalism for beam splitters to take into account the frequency shifts associated with the AOMs

Direct generation of a multi-transverse mode non-classical state of light

Quantum computation and communication protocols require quantum resources which are in the continuous variable regime squeezed and/or quadrature entangled optical modes. To perform more and more complex and robust protocols, one needs sources that can produce in a controlled way highly multimode quantum states of light. One possibility is to mix different single mode quantum resources. Another is to directly use a multimode device, either in the spatial or in the frequency domain. We present here the first experimental demonstration of a device capable of producing simultanuously several squeezed transverse modes of the same frequency and which is potentially scalable. We show that this device, which is an Optical Parametric Oscillator using a self-imaging cavity, produces a multimode quantum resource made of three squeezed transverse modes

Generation and characterization of multimode quantum frequency combs

Multimode nonclassical states of light are an essential resource in quantum computation with continuous variables, for example in cluster state computation. They can be generated either by mixing different squeezed light sources using linear optical operations, or directly in a multimode optical device. In parallel, frequency combs are perfect tools for high precision metrological applications and for quantum time transfer. Synchronously Pumped Optical Parametric Oscillators (SPOPOs) have been theoretically shown to produce multimode non-classical frequency combs. In this paper, we present the first experimental generation and characterization of a femtosecond quantum frequency comb generated by a SPOPO. In particular, we give the experimental evidence of the multimode nature of the generated quantum state and, by studying the spectral noise distribution of this state, we show that at least three nonclassical independent modes are required to describe it

Optique quantique multimode : des images aux impulsions

This thesis is devoted to the theoretical and experimental study of multimode optical parametric oscillators (OPO) in the transverse and longitudinal domains. We first recall the common tools used to operate non-classical states of light, with a special emphasis on the concept of mode in the quantum description of the electromagnetic field. We recall the techhniques used to describe and manipulate experimentally the transverse (images) and longitudinal (pulses) modes, and compare the two cases. A certain number of analog variables arises, which can help transpose concepts from one domain to the other. We develop a general model for multimode OPOs, centered on the multimode description of the non-linear interaction in a parametric crystal. This lead to the possibility of generating multimode non-classical states, and can be applied for transverse or longitudinal multimode OPO. The theoretical developments are linked to several experiments achieved in this thesis. The first one is a study of the transmission and frequency doubling of images in a self-imaging cavity. Two different quantum imaging experiments are decribed: the first one is the generation of multimode squeezing in an OPO above threshold and the second one uses an OPO in a self-imaging cavity to produce image amplification and multimode squeezing. Finally, we describe the new experimental setup of a synchronously pumped OPO (SPOPO) which leads to the squeezing of a frequency comb.Ce mémoire de thèse est consacré à l'étude théorique et expérimentale d'oscillateurs paramétriques optiques (OPO) multimodes dans deux régimes: l'optique des images et l'optique des impulsions. On rappelle les outils utilisés habituellement pour décrire et manipuler les états non-classiques de la lumière, en insistant sur l'importance du concept de mode du champ dans sa description quantique, qu'il soit transverse ou longitudinal. On rappelle ensuite les techniques de manipulation des modes transverse (images) et des modes longitudinaux (impulsions) au niveau théorique et expérimental. L'accent est mis sur le rapprochement de ces deux domaines où l'on peut facilement identifier un grand nombre de variables similaires. Un modèle général des OPO multimodes est développé, s'appuyant sur un traitement multimode de la conversion paramétrique dans un cristal non-linéaire d'ordre deux. Ce modèle conduit à des états non-classiques multimodes, intéressants pour l'information quantique, et peut être appliqué aux cas d'un OPO dans une cavité dégénérée pour les modes transverses, et d'un OPO pompé en modes synchrones (SPOPO). Tous ces développements théoriques s'orientent vers plusieurs expériences d'optique multimode décrites dans ce manuscrit. La première est une étude de la transmission et le doublage de fréquence d'images dans une cavité auto-imageante. Deux expériences d'imagerie quantique sont ensuite décrites: l'une conduit à une réduction de bruit multimode dans un OPO au dessus du seuil et la seconde utilise un OPO dans une cavité auto-imageante et permet la production et la caractérisation d'un état trimode sous le seuil de l'OPO. Enfin, on décrit la mise en place expérimentale d'un SPOPO qui conduit à des premiers résultats de réduction de bruit sur un peigne de fréquence

Optique quantique multimode (des images aux impulsions)

Ce mémoire de thèse est consacré à l'étude théorique et expérimentale d'oscillateurs paramétriques optiques (OPO) multimodes dans deux régimes: l'optique des images et l'optique des impulsions.On rappelle les outils nécessaires pour décrire et manipuler les états non-classiques de la lumière, en insistant sur l'importance du concept de mode du champ, qu'il soit transverse (images) ou longitudinal (impulsions). Le rapprochement de ces deux domaines permet d identifier un grand nombre de variables similaires. Un modèle général des OPO multimodes est développé, qui conduit à des états non-classiques multimodes, et peut être appliqué aux cas d'un OPO dans une cavité dégénérée pour les modes transverses, et d'un OPO pompé en modes synchrones (SPOPO).Tous ces développements théoriques s'orientent vers plusieurs expériences d'optique multimode décrites dans ce manuscrit. La première est une étude de la transmission et le doublage de fréquence d'images dans une cavité auto-imageante. Deux expériences d'imagerie quantique sont ensuite décrites: l'une conduit à une réduction de bruit multimode dans un OPO au dessus du seuil et la seconde utilise un OPO dans une cavité auto-imageante et permet la production et la caractérisation d'un état trimode sous le seuil de l'OPO. Enfin, on décrit la mise en place expérimentale d'un SPOPO qui conduit à des premiers résultats de réduction de bruit sur un peigne de fréquence.PARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Battements de photons uniques dans un interféromètre à base de modulateurs acousto-optiques

International audienceWe present in the following a quantum optics experiment appropriate for advanced undergraduate students with former experience in quantum optics. It extends classical single photon setups to the time dependent domain. We demonstrate self-heterodyning of heralded single photons using a Mach-Zender like interferometer where beamsplitters are replaced by two acousto-optic modulators (AOMs). The single pho-ton beat note is recorded over time at the frequency difference between the RF generators driving the AOMs, which makes it observable directly on a human time scale i. e. with periods above a fraction of a second. To compare with our observations, we tailor the standard quantum optics formalism for beam splitters to take into account the frequency shifts associated with the AOMs

First results on laser-induced field emission from a CNT-based nanotip

1st International Conference on Atom Probe Tomography & MicroscopyInternational audienc