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Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (15/05/1995), Reynaud, Serge (Dir.)
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Atomes froids et fluctuations quantiques
Astrid Lambrecht1

Nous avons observé une réduction des fluctuations quantiques d'un faisceau lumineux interagissant avec un milieu non linéaire constitué d'atomes refroidis par laser. Le nuage atomique, produit par un piège magnéto-optique, est placé dans une cavité optique où il interagit avec le faisceau sonde. Quand le piège est coupé, les atomes quittent la zone d'interaction en suivant un mouvement balistique. Cet effet est utilisé pour balayer la cavité sur la résonance. Des mesures du bruit quantique peuvent être effectuées sur ce système bistable pendant un temps de l'ordre de 20-30ms. Une réduction du bruit de 40 ± 10% pour une des quadratures a été mesurée dans ces conditions. Sur le plan théorique, nous avons développé un traitement de la variation du nombre moyen d'atomes dans le faisceau sonde ainsi que des fluctuations de cette variable. De plus, nous avons effectué un traitement complet des fluctuations du faisceau sonde en tenant compte de sa structure spatiale. Une synthèse de ces développements a été utilisée pour modéliser les spectres du bruit expérimentaux. Nous avons trouvé un accord satisfaisant entre les spectres théoriques et les observations expérimentales. Une réduction du bruit a été aussi observée en présence du piège magnéto-optique avec des atomes très faiblement piégés. La meilleure réduction du bruit mesurée dans de telles conditions est de 20 ± 10%.
1:  LKB (Jussieu) - Laboratoire Kastler Brossel
Réduction du bruit – Atomes froids – Expansion balistique d'un nuage d'atomes froids – Structure transverse – Instabilités – Bistabilité optique par effet de Kerr

Laser cooled atoms have been used as a nonlinear medium to reduce quantum fluctuations of a laser beam. The atomic sample is produced by a magneto-optical trap and placed inside an optical cavity where it is interacting with the probe beam. When the trap is switched off, the atomic cloud undergoes a ballistic expansion, an effect which is used to scan the cavity across resonance. This system exhibits bistable behavior and noise measurements can be performed during a time slot of 20-30ms. A quadrature squeezing of the order of 40 ± 10% due to the nonlinear interaction has been observed under such conditions. On the theoretical side, a treatment of the variation of mean number of atoms in the probe beam as well as of atomic number fluctuations has been developed. A full treatment of quantum fluctuations of the probe beam has been performed taking also into account its transverse mode structure. A synthesis of the theoretical developments has been used to model the experimental noise spectra. The theoretical spectra obtained are in satisfactory agreement with the experimental observations. A quantum noise reduction has also been observed in presence of the magneto-optical trap with very weakly trapped atoms. The best measured squeezing under these conditions is of the order of 20 ± 10%.
Squeezing – Cold atoms – Ballistic expansion of a falling cold atom cloud – Transverse structure – Instabilities – Optical bistability via Kerr effect

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