Conception de sources non-classiques dans les fibres optiques

Les sources non-classiques constituent l'un des éléments indispensables à la réalisation d'un possible futur réseau global de télécommunications qui utiliserait la cryptographie quantique pour sécuriser les échanges. Dans ce travail, nous analysons, d'un point de vue aussi bien théorique que pratique, la conception de sources non-classiques dans les fibres optiques. Ces sources reposent sur des effets non-linéaires qui font apparaître des corrélations fortes entre photons. Des outils de calcul sont proposés pour analyser ces effets non-linéaires, y compris dans le cadre d'une pompe incohérente, ce qui constitue un élément original du travail ici présenté. L'aspect quantifié des sources est traité de manière originale au travers de ses implications statistiques. Là encore, des outils pratiques de conception sont développés. Ces outils permettent de déterminer à l'avance l'état quantique du signal en sortie de source. Enfin, ce travail met en avant des applications pratiques des concepts développés, avec en particulier la conception d'une nouvelle fibre et les premières étapes de la réalisation d'une source de photons intriqués en polarisation, fondée sur une instabilité de modulation vectorielle de type orthogonal, dans le domaine des longueurs d'ondes des réseaux de télécommunications.

Abstract

The goal of this work is to provide theoretical and experimental tools for the analysis of optical bre-based nonclassical sources. Strong correlations lie at the heart of nonclassical sources. In optical bers, these correlations are provided by nonlinear processes. The analysis of such processes requires a number of theoretical steps that are explored in this work. This includes a novel approach to treat the case of an incoherent pump, which may constitute the beginning of a comprehensive treatment of incoherent nonlinear optics. Instead of using the heavy quantum formalism to describe the discretized aspect of these sources, a statistical approach is favored. This approach enables a complete determination of the output quantum state, used as a predictor for the implemented source. The last part describes practical applications of all the concepts introduced in the work. In particular, we show the rst steps in the implementation of a source of polarization-entangled photons in the ber optics telecommunication bandwidth. This source is based on vectorial modulation instabilities with the polarization of the daughter photons orthogonal to that of the pump. The design requires the use of a novel optical ber that was developed in the course of this work.