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Optique quantique multimode transverse
par - 21 août 2007
Dans le cadre de nos études sur les différents degrés de liberté de la lumière, nous nous intéressons particulièrement aux degrés transverses, à savoir les images, qui correspondent à un grand nombre de modes. Il a ainsi été montré, par exemple, qu’il était possible de créer de l’intrication spatiale EPR entre deux images, ou d’améliorer les techniques de traitement d’images en leur superposant un état vide de la lumière, comprimé, et ayant un profil transverse adapté au protocole de traitement [1]. Dans ce cadre, une étape essentielle consiste à générer des « images quantiques », c’est-à-dire des états non-classiques de la lumière dont le profil transverse est ajustable. C’est ce que nous réalisons dans notre groupe, dans le domaine des variables continues pour lequel des sources stables et à faible bruit sont disponibles, et permettent des mesures de grandes sensibilités.
Le processus d’interaction paramétrique permet l’amplification ou la dé-amplification du signal injecté suivant la phase relative entre ce signal et la pompe. Suivant la configuration, il permet ainsi de réaliser des états comprimés du rayonnement, des faisceaux jumeaux, mais également de l’amplification sans bruit rajouté. La faible efficacité de ce phénomène nous conduit à placer les cristaux non linéaires dans des cavités.
Dans le cas des cavités semi-confocale et confocale, nous avons mis en évidence l’amplification sans bruit d’image ainsi que la génération d’images dont le bruit en intensité est réduit sous la limite quantique standard [2]. Ces travaux permettent d’envisager la génération de modes transverses dont les propriétés quantiques permettent d’améliorer les mesures de grande sensibilité [3,4].
Néanmoins, les cavités que nous avons utilisées ne sont que partiellement dégénérées et ne transmettent pas toutes les images. C’est pourquoi nous étudions maintenant la cavité auto-imageante. Cette cavité transmet sans déformation tout mode transverse de la lumière, et donc toute image
Nous étudions maintenant l’oscillateur paramétrique optique dans une telle cavité. Nous avons fait la théorie de ce système, en prenant en compte la taille finie des faisceaux ainsi que la longueur du cristal, et montré qu’elle permettait de générer des faisceaux ayant des propriétés de réduction de bruit locale : quelle que soit la zone du faisceau que l’on détecte, on observe la même réduction de bruit, modulo une taille de détecteur supérieure à la longueur de cohérence du système. De plus, la théorie prédit l’apparition de corrélations de type EPR entre tous points symétriques de l’image émise. Le dispositif expérimental est en cours de réalisations et nous avons déjà pu montrer qu’il était possible de réaliser un OPO dans une telle configuration. Les objectifs sont de mettre en évidence la production d’images aux fluctuations quantiques réduites, quelque soit l’image injectée, mais également de mesurer les propriétés de bruit locales lorsque l’OPO est utilisé sans injection et sous le seuil.
Références :
[1] Quantum Imaging, M. Kolobov editor, Springer-Verlag (2006)
[2] Quantum Image generation by c.w. Optical Parametric Interaction, L. Lopez, N. Treps, C. Fabre, A Maître, submitted to Phys. Rev. Letters
[3] N. Treps, V. Delaubert, A. Maître, J.M. Courty and C. Fabre, Phys. Rev. A 71, 013820 (2005)
[4] M. Lassen, V. Delaubert, J. Janousek, K. Wagner, H.-A. Bachor, P. K. Lam, N. Treps, P. Buchhave, C. Fabre, and C. C. Harb, Phys. Rev. Lett. 98, 083602 (2007)
