Development of a Low-Noise Ultrafast Fiber Laser and Optimization of Nonlinear Crystals for Bright, High-Purity Entangled Photon Sources

Cette thèse s’inscrit dans un projet plus vaste visant à développer une source fibrée brillante de photons intriqués, caractérisée par une haute pureté pour des applications en optique quantique. L’objectif est d’utiliser un laser à impulsions ultrarapides pour générer, via un processus de génération de seconde harmonique (SHG) suivi d’une conversion paramétrique spontanée (SPDC), des paires de photons intriqués à la même longueur d’onde que la source laser initiale. Une telle source quantique pourrait considérablement contribuer à la métrologie en offrant la possibilité de dépasser les limites classiques de résolution et de bruit. Ce travail pose les bases de ce projet à travers trois parties principales : la conception d’un laser fibré ultrarapide à faible bruit, l’application d’un processus de SHG pour le doublement de fréquence, et le développement d’un algorithme génétique pour optimiser les matériaux non linéaires du second ordre. Le système laser comprend un oscillateur maître (MO) à verrouillage de mo

Abstract

This thesis is part of a broader project aimed at developing a bright, fiber-based source of entangled photons with high purity for quantum optics applications. The goal is to uti-lize an ultrafast pulsed laser to generate, via Second Harmonic Generation (SHG) followed by Spontaneous Parametric Down-Conversion (SPDC), entangled photon pairs at the same wavelength as the pump laser. Such a quantum source could significantly contribute to metrology by offering the potential to surpass the classical limits of resolution and noise. The work establishes the foundational steps of the project through three main components: the design of a low-noise ultrafast fiber laser, the implementation of the SHG process for frequency doubling, and the development of a genetic algorithm to optimize second-order nonlinear materials. The laser system includes a Master Oscillator (MO) employing passive mode-locking, combined with an Erbium-Doped Fiber Amplifier (EDFA). The MO produced pulses at a central wavelength of 1559 nm with