On présente dans ce mémoire la mesure de la statistique de photons des fluctuations électromagnétiques micro-ondes d’une jonction tunnel placée à ultra-basse température. En particulier, on déduit cettedite statistique en mesurant les cumulants des fluctuations de courant générées par une jonction tunnel polarisée en courant continu et photoexcitée par un signal haute fréquence. On utilise un amplificateur paramétrique Josephson en tant que premier maillon de la chaîne d’amplification en raison de son bruit près de la limite quantique. On développe aussi un modèle pour tenir compte de sa saturation, celle-ci étant apparente à des puissances de signal incident très faibles. C’est, à ma connaissance, la première fois qu’un tel amplificateur est utilisé pour étudier la physique au sein du bruit émis par un conducteur mésoscopique. Les résultats mettent en évidence l’apparition d’un excès dans le quatrième cumulant lorsque la photoexcitation s’effectue au double de la fréquence de mesure. Un développement mathématique simple nous permet d’associer cet excès à la statistique de photons, sous la forme d’une augmentation – à nombre de photons fixe – de la variance du nombre moyen de photons contenue dans le signal. C’est en fait une signature de l’émission de paires de photons corrélés par la jonction tunnel photoexcitée. Ces résultats font le pont entre ceux obtenus précédemment par notre groupe de recherche quant aux cumulants d’ordre supérieur du bruit et ceux associées aux parallèles entre l’optique quantique et les fluctuations de courant des dispositifs mésoscopiques. [Gasse et al. PRL 111, 136601 (2013) ; Forgues et al. Scientific Reports 3, 2869 (2013) ; Forgues et al. PRL 113, 043602 (2014)] Ils dressent un portait intéressant du bruit photoexcité en termes normalement associés à l’optique quantique.

Les nanocristaux colloïdaux synthétisés par voie chimique sont des sources prometteuses de lumière non-Classique à température ambiante. Ce travail est consacré à l'étude des propriétés optiques d'un type particulier de nanocristaux colloïdaux, appelé coeur-Bâtonnet, dans lequel un noyau de Seleniure de Cadmium (CdSe) sphérique est entouré d'une coquille de Sulfure de Cadmium (CdS) de forme cylindrique. En étudiant des particules de type coeur-Bâtonnet à température ambiante avec un microscope confocal, une caractérisation complète des propriétés optiques de ces émetteurs est réalisée. Nous étudions d'abord la statistique de clignotement de ces émetteurs. Nous montrons que les émetteurs coeur-Bâtonnet avec des coquilles épaisses se caractérisent par un clignotement réduit sur des échelles de temps courts, inférieurs à quelques millisecondes. Ensuite, une caractérisation détaillée de la statistique de photons des émetteurs coeur-Bâtonnet tenant compte du phénomène de clignotement est réalisée. La polarisation de l'émission est également étudié. Nous montrons que la polarisation d'émission peut être controlée en changeant la géométrie de la structure.Enfin, nous présentons également des expériences de couplage de ces émetteurs avec des dispositifs photoniques. Nous montrons la possibilité d'exciter un émetteur coeur-Bâtonnet en utilisant un nanofil d'oxyde de Zinc (ZnO). Nous montrons aussi que nous sommes en mesure d'orienter efficacement des nanoémetteurs uniques en utilisant la formation controlée de défauts dans des cristaux liquides. / Wet-Chemically synthesized colloidal nanocrystals are promising room temperature non-Classical light sources. This work is devoted to the study of the optical properties of a particular type of colloidal nanocrystals, called dot-In-Rods, in which a spherical Cadmium Selenide (CdSe) core is surrounded by a rod-Like Cadmium Sulfide (CdS) shell. By studying single dot-In-Rods at room-Temperature with a confocal microscope, a complete characterization of the optical, and especially quantum optical, properties of dot-In-Rods is provided for several geometrical parameters. We first study the blinking statistics of such emitters. We show that dot-In-Rods with thick shells are characterized by a reduced blinking that happens on fast timescales, typically on millisecond timescales. We then go on with a detailed characterization of the photon statistics of dot-In-Rods. A complete description of the photon statistics taking into account the blinking process is realized. The polarization of the emission is also investigated. We show that the emission polarization can be tuned by engineering the geometry. Finally, we also present experiments where we couple dot-In-Rods with various photonic devices. We demonstrate the possibility of excitation of a single emitter using a Zinc Oxyde (ZnO) nanowire. Using defects in liquid crystals, we also show that we are able to efficiently orientate single nanoemitters.

Ce travail de these presente les premiers resultats d'optique quantique, plus particulierement de statistique de photons, sur des boites quantiques uniques de la famille des semiconducteurs II-VI.<br />La motivation premiere de ces travaux est la recherche d'une source de photons uniques indiscernables adequate pour etre utiliser dans le cadre de l'information quantique, et plus particulierement de l'ordinateur quantique.

Une source de photons uniques est un émetteur lumineux capable de produire des impulsions contenant exactement un photon. Nous présentons le travail lié à la réalisation expérimentale et à la caractérisation statistique de deux types de sources de photons uniques: * Les sources déclenchées de photons uniques, reposant sur la contrôle de la fluorescence d'un émetteur individuel. Nous avons utilisé des molécules uniques ainsi que des centres colorés NV uniques du diamant comme émetteurs individuels. * Les sources de photons annoncés, reposant sur la préparation conditionnelle d'états à un photon à partir de paires de photons produites par fluorescence paramétrique dans un cristal non-linéaire. Deux des sources de photons uniques réalisées ont été utilisées dans des expériences de distribution quantique de clé, dont les résultats illustrent les avantages que procure l'utilisation d'une source de photons uniques vis-à-vis de systèmes reposant sur des impulsions cohérentes atténuées.

Cette thèse porte sur une application des propriétés de porte optique temporelle de l'amplification paramétrique à l'imagerie de temps de vie de fluorescence. Nous proposons une méthode qui permet d'associer à chaque pixel d'une image un temps de déclin sans scanner l'échantillon. L'objectif étant de résoudre sur la même image différents temps de vie dans une gamme allant de la nano à la picoseconde. Dans un premier temps, nous avons montré qu'il était possible de détecter des images de fluorescence de faible niveau amplifiées, avec un bon rapport signal à bruit malgré la présence de bruit dans les images liée à l'amplification du bruit quantique (SPDC). Nous avons également montré que ce bruit permettait d'obtenir une cartographie de la luminance d'une source incohérente directement exprimée en nombre de photons par mode spatio-temporel. La deuxième partie de ces travaux visait l'application à l'imagerie de temps de vie de fluorescence. Nous utilisons ici l'interaction paramétrique en régime impulsionnel pour échantillonner un signal de fluorescence dans le temps. La fonction de porte optique temporelle est dans ce cas assurée par la détection de l'onde idler seule qui est, d'un point de vue temporel, la réplique de la partie du signal synchrone avec la pompe. La résolution temporelle est alors fixée par la durée de l'impulsion pompe (jusqu'à 1 ps). Des images d'échantillons liquides ou solides (fluorophores et PMMA) sont obtenues avec des temps de vie de quelques dizaines de picosecondes. De plus, nous avons montré qu'il était possible de détecter de très faibles variations (de quelques ps) du temps de déclin d'un même fluorophore suivant son environnement chimique.

Ce mémoire présente une étude expérimentale des fluctuations spatiales d'origine quantique de l'intensité dans des images en amplification paramétrique optique (OPA). Dans un premier temps nous avons caractérisé la réponse d'une caméra CCD lors de la mesure du bruit de photons dans le plan transverse de l'image. Pour cela, nous avons montré la pleine aptitude des capteurs silicium pour le domaine visible (527 nm) et leur mauvaise réponse dans le proche IR (1055 nm). Puis nous avons calibré le capteur sur toute sa dynamique afin d'éliminer l'inhomogénéité de réponse des pixels et ainsi mesurer le bruit de photons dans des images faibles ou intenses. D'autre part, nous avons étudié les aspects quantiques des OPA. L'amplification à l'aide d'un cristal de BBO de type I d'images (527 nm) dominées par le bruit quantique à l'aide d'une pompe UV (264nm) s'est imposée comme le meilleur compromis expérimental. Nous avons mis au point un montage et un protocole de mesure permettant la comparaison entre l'amplification sensible à la phase (PSA) et l'amplification insensible à la phase (PIA). Dans le cas d'une PIA, nous avons mis en évidence la dégradation du rapport signal à bruit. Pour la configuration PSA, nous avons réalisé la première amplification paramétrique d'images sans bruit spatial. Pour ces deux cas, les valeurs expérimentales sont en accord avec la figure de bruit attendue. De plus, nous avons étudié la distribution des fluctuations spatiales de la fluorescence paramétrique. L'emploi d'impulsions brèves et un fort filtrage des longueurs d'onde ont permis la caractérisation directe de la distribution de Bose-Einstein pure.