INSTITUT NEEL Grenoble - Institut NÉEL

INSTITUT NEEL Grenoble
Proposition de stage Master 2 - Année universitaire 2010-2011
Etude du triplet de photons : vers un nouvel état de la lumière
Nous avons réalisé la première démonstration expérimentale d’une génération de triplets de photons
[Douady & Boulanger - Opt. Lett. 2004, Gravier & Boulanger, J. Opt. Soc. Am. B 2008]. Il s’agit de
la création de trois photons, de pulsation ω1, ω2 et ω3, à partir de la scission d’un photon de pulsation
ω0 telle que ω0 = ω1 +ω2 +ω3, par une interaction optique non linéaire paramétrique gouvernée par la
susceptibilité électrique de troisième ordre χ(3).
Les photons du triplet constituent un état GHZ de la lumière, qui présente des corrélations quantiques
différentes de celles des photons jumeaux [Gravier, Bencheikh, Boulanger, Douady & Levenson,
Compt. Rend. Acad. Sciences 2007- Dot, Bencheikh, Boulanger, Levenson, Segonds, Félix, Invited
conference at Non Linear Optics, Hawaii 2009]. L’étude des triplets de photons représente un enjeu
fondamental important, mais leur manipulation serait également un réel atout dans divers domaines du
traitement de l’information quantique. Nous avons aujourd’hui deux générateurs de triplets pompés
par des lasers de puissance fonctionnant avec des durées d’impulsion respectives de 15 et 150
picosecondes. Dans les deux cas, il s’agit de pouvoir atteindre des intensités de l’ordre de plusieurs
centaines de GigaWatt / cm2, de façon à générer de l’ordre de 1013 triplets de photons par impulsion
laser, ce qui est suffisant pour pouvoir les détecter avec des appareils de mesures classiques.
Le challenge maintenant est d’étudier les corrélations quantiques de ce nouvel état de la lumière. Pour
cela, nous allons considérer des expériences basées sur la recombinaison des photons du triplet dans
un cristal non linéaire. Plusieurs scenarii sont envisagés : d’une part la recombinaison des trois
photons, ww2w3→w, qui est le processus inverse de la génération de triplets et constitue une
interaction de somme de fréquence χ(3), et d’autre part les trois recombinaisons par paires : ww2→wA ,
ww3→wBet w2w3→wC, dans des cristaux gouvernées par la susceptibilité électrique de deuxième
ordre χ(2). Le montage des expériences correspondantes est en cours. Le stage la mise en œuvre et
l’interprétation de ces mesures originales.
Interactions et collaborations : le stage se déroulera en interaction forte avec Audrey Dot qui est en
troisième année de thèse sur ce sujet ; les travaux seront menés en collaboration avec Kamel
Bencheikh et Ariel Levenson du Laboratoire de Photonique et Nanostructures de Marcoussis.
Ce stage pourra se poursuivre par une thèse sur ce même sujet, avec des aspects tant théoriques
qu’expérimentaux.
Formation / Compétences : Master 2 Recherche de Physique (PMCR Grenoble, ENS Ulm, Lyon,
Cachan, etc.), avec une bonne connaissance de la mécanique quantique et de l’optique.
Période envisagée pour le début du stage :
Mars 2011.
Contact : Benoît Boulanger ([email protected])
Institut Néel CNRS/Université Joseph Fourier tél : 04 76 88 74 10
Plus d'information sur : neel.cnrs.fr