Etude experimentale et theorique des fluctuations quantiques de champs et d'atomes couples en cavite

Abstract

Nous avons etudie les fluctuations quantiques de champs electromagnetiques et d'atomes interagissant dans une cavite de grande finesse. La partie theorique concerne le calcul de ces differentes fluctuations dans un modele du type ondes planes. Pour caracteriser la production d'etats atomiques comprimes, les fluctuations atomiques sont comparees avec celles de l'etat atomique coherent qui definit le bruit quantique standard. On s'interesse d'abord a la production d'etats atomiques comprimes lors de l'interaction d'atomes a deux niveaux avec un champ quasi resonnant. Lorsque le champ incident sur la cavite est dans un etat coherent, la reduction du bruit atomique peut atteindre 50% en presence d'un tres grand nombre d'atomes, en regime d'interaction non lineaire. Lorsque le champ incident est comprime, il peut transferer partiellement la reduction de ses fluctuations aux atomes en regime lineaire. On a ensuite etudie le cas d'un systeme atomique a trois niveaux en v interagissant avec deux champs, et realise le calcul complet des fluctuations des atomes et des champs reflechis par la cavite. Nous montrons en particulier la possibilite de reduire les fluctuations du spin associe a la coherence entre etats excites. Dans notre montage experimental, un faisceau pompe interagit avec un nuage d'atomes de cesium produit par un piege magneto optique fonctionnant en continu, a l'interieur d'une cavite lineaire. On enregistre les fluctuations quantiques du mode correspondant a la pompe reflechie par la cavite (bruit normal) et du mode du champ orthogonal (bruit de polarisation). Lorsque la polarisation de la pompe incidente est circulaire on a obtenu une reduction du bruit normal de 20%, et on a reconstruit la fonction de wigner associee. Pour une pompe incidente de polarisation lineaire, on a mesure une reduction du bruit de polarisation de 10%. Un modele a quatre niveaux permet d'interpreter qualitativement l'ensemble des resultats obtenus pour cette polarisation.