ERets non linéaires et fluctuations quantiques
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3.2 Effets des pertes sur la lumière comprimée
Les pertes optiques ont un effet destructeur sur la lumière comprimée. On peut modéliser les
pertes optiques linéaires qui se produisent à la traversée d’un milieu matériel par une lame
séparatrice ayant un coefficient de transmission en intensité ?=T. Nous reprenons la lame de
la figure 3 et nous supposons qu’un champ non nul entre par l’entrée A tandis que le vide
entre par l’entrée B. Les fluctuations d’amplitude du champ transmis Ec. (fluctuations en
phase avec la valeur moyenne du champ, supposé réel) valent alors
(19)
La lame semi-transparente mélange les fluctuations des deux champs. Si les fluctuations
du champ entrant sont égales au bruit quantique standard (AE;, SO*), on trouve que les
fluctuations du champ sortant sont également égales au bruit quantique standard car ?+?=I.
Cependant, si le champ entrant a des fluctuations inférieures au bruit quantique standard, les
pertes tendent à ramener ses fluctuations au bruit quantique standard et donc à détruire la
compression de bruit. Notons que le même raisonnement est vrai pour un champ ayant un fort
excès de bruit, qui est également ramené au bruit quantique standard.
Dans un système de détection, une efficacité quantique inférieure à 1 a le même effet,
puisqu’un détecteur de rendement quantique T peut être considéré comme un détecteur de
rendement quantique 1 précédé d’une lame de coefficient de transmission T.
AE,,’ = t ’ M A , ’ + rz €0’
4. GÉNÉRATION D’ÉTATS COMPRIMÉS DU RAYONNEMENT
La plupart des méthodes utilisées pour générer des états comprimés reposent sur des processus
d’optique non linéaire, qui peuvent être du second ordre ( f ’ ) ou du troisième ordre ( x ‘ ~ ’ ) .
Le
premier cas correspond au mélange à 3 ondes : un milieu à coefficient x‘*’ non nul, irradié par
un faisceau laser de pompe à la fréquence 00 émet deux ondes dites signal et complémentaire
(idler), de fréquence 01 et 02 vérifiant la condition de conservation de l’énergie, ai + 02 = 00.
Un photon pompe disparaît alors que deux photons, signal et complémentaire, sont créés.
Le second cas correspond au mélange à 4 ondes : dans un milieu à coefficient f 3 ) , deux
photons de l’onde pompe à la fréquence 00 disparaissent tandis que deux photons sont créés
dans les ondes signal et complémentaire aux fréquences 01 et %. La condition de
conservation de l’énergie requiert : 01 + 02 = 2%. Ces deux types de systèmes peuvent être
utilisés soit dans le régime non dégénéré où les fréquences 01 et ~2 erfou les polarisations sont
différentes, soit dans le régime dégénéré où les fréquences sont égales et les polarisations
identiques. Dans ce dernier cas, les champs signal et complémentaire se confondent en un seul
et même champ.
La première observation de compression des fluctuations lumineuses a été effectuée en
1985, dans une expérience reposant sur le mélange à 4 ondes dégénéré dans de la vapeur de
sodium [6]. La non-linéarité était exaltée en plaçant le milieu atomique dans une cavité. En
1986, de la lumière comprimée a été produite dans un système utilisant un milieu non linéaire
du second ordre dans une cavité [7]. Nous décrirons dans la suite la génération de lumière
comprimée dans un milieu à x‘” utilisé en régime dégénéré, puis dans un milieu x(3) utilisé
comme un milieu possédant un indice non linéaire (effet Kerr) [8,9] et enfin le cas du mélange
à trois ondes non dégénéré, qui permet de produire un autre type de lumière non classique, les
“ faisceaux jumeaux ” [ 101.
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3.2 Effets des pertes sur la lumière comprimée
Les pertes optiques ont un effet destructeur sur la lumière comprimée. On peut modéliser les
pertes optiques linéaires qui se produisent à la traversée d’un milieu matériel par une lame
séparatrice ayant un coefficient de transmission en intensité ?=T. Nous reprenons la lame de
la figure 3 et nous supposons qu’un champ non nul entre par l’entrée A tandis que le vide
entre par l’entrée B. Les fluctuations d’amplitude du champ transmis Ec. (fluctuations en
phase avec la valeur moyenne du champ, supposé réel) valent alors
(19)
La lame semi-transparente mélange les fluctuations des deux champs. Si les fluctuations
du champ entrant sont égales au bruit quantique standard (AE;, SO*), on trouve que les
fluctuations du champ sortant sont également égales au bruit quantique standard car ?+?=I.
Cependant, si le champ entrant a des fluctuations inférieures au bruit quantique standard, les
pertes tendent à ramener ses fluctuations au bruit quantique standard et donc à détruire la
compression de bruit. Notons que le même raisonnement est vrai pour un champ ayant un fort
excès de bruit, qui est également ramené au bruit quantique standard.
Dans un système de détection, une efficacité quantique inférieure à 1 a le même effet,
puisqu’un détecteur de rendement quantique T peut être considéré comme un détecteur de
rendement quantique 1 précédé d’une lame de coefficient de transmission T.
AE,,’ = t ’ M A , ’ + rz €0’
4. GÉNÉRATION D’ÉTATS COMPRIMÉS DU RAYONNEMENT
La plupart des méthodes utilisées pour générer des états comprimés reposent sur des processus
d’optique non linéaire, qui peuvent être du second ordre ( f ’ ) ou du troisième ordre ( x ‘ ~ ’ ) .
Le
premier cas correspond au mélange à 3 ondes : un milieu à coefficient x‘*’ non nul, irradié par
un faisceau laser de pompe à la fréquence 00 émet deux ondes dites signal et complémentaire
(idler), de fréquence 01 et 02 vérifiant la condition de conservation de l’énergie, ai + 02 = 00.
Un photon pompe disparaît alors que deux photons, signal et complémentaire, sont créés.
Le second cas correspond au mélange à 4 ondes : dans un milieu à coefficient f 3 ) , deux
photons de l’onde pompe à la fréquence 00 disparaissent tandis que deux photons sont créés
dans les ondes signal et complémentaire aux fréquences 01 et %. La condition de
conservation de l’énergie requiert : 01 + 02 = 2%. Ces deux types de systèmes peuvent être
utilisés soit dans le régime non dégénéré où les fréquences 01 et ~2 erfou les polarisations sont
différentes, soit dans le régime dégénéré où les fréquences sont égales et les polarisations
identiques. Dans ce dernier cas, les champs signal et complémentaire se confondent en un seul
et même champ.
La première observation de compression des fluctuations lumineuses a été effectuée en
1985, dans une expérience reposant sur le mélange à 4 ondes dégénéré dans de la vapeur de
sodium [6]. La non-linéarité était exaltée en plaçant le milieu atomique dans une cavité. En
1986, de la lumière comprimée a été produite dans un système utilisant un milieu non linéaire
du second ordre dans une cavité [7]. Nous décrirons dans la suite la génération de lumière
comprimée dans un milieu à x‘” utilisé en régime dégénéré, puis dans un milieu x(3) utilisé
comme un milieu possédant un indice non linéaire (effet Kerr) [8,9] et enfin le cas du mélange
à trois ondes non dégénéré, qui permet de produire un autre type de lumière non classique, les
“ faisceaux jumeaux ” [ 101.