Conception d'une source de photons annoncés générés dans une fibre microstructurée

This thesis reports the development and the characterization of a heralded single-photons source using a microstructured fibre. The objective of the project is not only to assemble the source but also to demonstrate its quantum properties. There are several ways of obtaining an heralded single photon source. The method suggested herein is therefore compared to various others found in the literature. Our source takes advantage of pairs of photons generated in a microstructured fibre via an optical non-linear process known as four-wave mixing. One photon of the generated pair is used to attest the presence of the other. Mastering such non-linear processes in waveguides requires a good knowledge of the waveguide dispersion properties. Given the index profile of a microstructured fibre, an automated numerical approach, involving the finite-element method, enabled us to extract the values of important physical parameters. Theoretical development and calculations used to support the design of our source are presented as well as preliminary results. The analysis of the various experimental data confirm the non-classical nature of the source for different power regimes. Hence, a heralded single-photon source with a tunable production rate has been realised. Such a source is useful for quantum communication and quantum information applications.

Résumé

Ce m´emoire présente la démarche entreprise pour la conception et la caractérisation d'une source de photons annoncés générés par une fibre microstructurée. L'objectif du projet n'est pas seulement de réaliser une source de photons annoncés, mais également de procéder à la validation du caractère quantique de la source. Différentes avenues permettent d'obtenir une source de photons et sont passées en revue. La méthode proposée ici exploite un mécanisme de conversion de signaux en optique non-linéaire, le mélange à quatre ondes, pour la production de paires de photons. Un de ces photons est utilisé pour générer un signal annonçant la présence de l'autre photon. Les phénomènes en optique non-linéaire demandent une connaissance appropriée des propriétés de guidage de la fibre. Une implémentation de la m´ethode des éléments finis a permis d'extraire, à partir du profil d'indice transverse de la fibre, les diverses grandeurs physiques reliées au processus de conversion. Les informations obtenues ainsi que les calculs préliminaires présentés viennent supporter notre d´emarche expérimentale. Le design de la source et les étapes menant à sa réalisation sont expliqués en détail et accompagnés des résultats préliminaires. Enfin, le document regroupe l'analyse des différents résultats expérimentaux attestant du caractère non classique de la source. La source obtenue est une source de photons annoncés accordable en débit. Ce type de source peut trouver des applications en information et en télécommunication quantique.