Nous étudions les propriétés quantiques des images<br /> optiques. Sur le plan théorique, nous nous plaçons dans le plan transverse du champ<br /> électromagnétique pour définir des observables les plus proches possibles de ce que<br /> mesurent les détecteurs en optique. Nous montrons alors la nécessité d'une approche<br /> multimode transverse pour la description des images. Nous élaborons une méthode<br /> de calcul des fluctuations en tout point du plan transverse d'un nombre quelconque<br /> de champs après leur interaction avec un cristal non linéaire.<br /><br /> Nous appliquons ces principes pour définir les limites de résolution dans les images<br /> optiques imposées par la mécanique quantique. Nous appliquons le cas particulier du<br /> champ bimode aux mesures de positions d'un faisceau effectuées par un détecteur à<br /> deux zones. Nous montrons alors, à la fois théoriquement et expérimentalement, que<br /> le choix adéquat de deux modes non classiques permet de faire des mesures de<br /> déplacement en dessous de la limite quantique standard. D'un autre côté, nous<br /> appliquons la méthode de calcul des fluctuations au cas particulier du soliton<br /> spatial, système permettant de s'affranchir de la diffraction. On montre que, même<br /> si elle ne modifie pas le champ moyen, la diffraction est responsable de la<br /> diffusion des propriétés quantiques, qui se retrouvent alors dans les fonctions de<br /> correlations entre deux points transverses. Finalement, nous décrivons une<br /> expérience réalisée avec un oscillateur paramétrique optique dégénéré<br /> transversalement, qui permet de faire osciller pour une même longueur de cavité un<br /> grand nombre de modes transverses. La présence d'un cristal non linéaire d'ordre<br /> deux permet de coupler les modes et d'obtenir des effets quantiques non monomodes<br /> transverses.

Ce mémoire présente une étude théorique et expérimentale de l'amplification continue d'images à l'aide d'un oscillateur paramétrique optique (OPO).<br />Une première partie est consacrée aux propriétés classiques de cavités nécessaires à l'imagerie, dites "dégénérées en modes transverses". On étudie tout d'abord théoriquement le problème général de la transmission d'une image à travers une cavité quelconque.<br />Ensuite, deux exemples de cavités dégénérées sont abordés: la cavité hémi-confocale puis la cavité autoimageante. Ensuite les propriétés quantiques spatiales du vide émis par un oscillateur paramétrique optique sous le seuil d'oscillation sont abordées. On traite tout d'abord l'effet de la taille finie du milieu non-linéaire sur la compression de bruit locale en sortie d'un OPO en cavité confocale. Cette étude est étendue au cas de la cavité auto-imageante où l'on montre la possibilité de générer des faisceaux EPR locaux.<br />Une troisième partie est consacrée à l'amplification optique au niveau quantique. On construit un modèle théorique d'OPO monomode aussi proche que possible de notre expérience. Nous étudions ensuite le problème de l'optimisation des caractéristiques de l'OPO pour l'amplification sans bruit.<br />Enfin une partie expérimentale étudie l'amplification d'images à l'aide d'un OPO dégénéré en modes transverses sous le seuil d'oscillation. Cette étude est réalisée tout d'abord en cavité semi-confocale avec un cristal de type II puis en cavité confocale avec un cristal de type I. Nous prouvons le caractère quantique des images amplifiées. Le facteur de bruit du système est caractérisé, prouvant un régime d'amplification "sans bruit".

Cette thèse étudie l'amplification<br />d'une image par un processus paramétrique. Réaliser cette<br />amplification de manière continue nécessite de placer le milieu<br />paramétrique dans une cavité optique. En théorie, cette<br />amplification est sans bruit, et permet de générer des états<br />non-classiques du champ.<br /><br />On étudie tout d'abord classiquement la propagation d'une image<br />dans un système paraxial, puis les cavités dégénérées<br />transversalement. On en déduit un formalisme permettant de décrire<br />la transmission d'une image à travers une cavité paraxiale<br />quelconque. Ce formalisme est illustré par l'étude théorique et<br />expérimentale de la transmission d'une image à travers une cavité<br />particulière : la cavité hémi-confocale. Une partie théorique<br />s'intéresse ensuite aux spécificités de l'amplification d'image.<br />L'amplificateur paramétrique en cavité sous le seuil<br />d'oscillation, connu pour générer du vide comprimé, peut également<br />amplifier un faible signal injecté. On montre l'apparition de<br />bruit supplémentaire sur le signal amplifié, spécifique à<br />l'amplification, dû au couplage au bruit de la pompe. On étudie<br />ensuite du point de vue quantique le comportement multimode<br />transverse d'un amplificateur paramétrique optique en cavité<br />hémi-confocale.<br /><br />Enfin, une partie expérimentale étudie le comportement d'un<br />oscillateur paramétrique optique confocal au dessus du seuil et on<br />prouve qu'il produit des faisceaux non-classiques multimodes<br />transverses. On montre ensuite qu'il est possible d'amplifier de<br />manière sensible à la phase un signal dans cette même cavité sous<br />le seuil d'oscillation. Dans une seconde expérience en<br />configuration de double cavité hémi-confocale, plus stable, on<br />réalise la première amplification paramétrique multimode d'une<br />image en cavité.