Thèse Oscillateur à la Limite du Bruit Quantique pour des Techniques de Compression Lumineuse H/F

Université Côte d'Azur

Établissement : Université Côte d'Azur
École doctorale : SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées
Laboratoire de recherche : ARTEMIS - Laboratoire d'Astrophysique Relativiste, Théories, Expériences, Métrologie, Instrumentation, Signaux
Direction de la thèse : Noël DIMARCQ ORCID 0000000333786583
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-24T23:59:59

Ce projet de thèse porte sur la fabrication et la démonstration expérimentale d'un oscillateur mécanique dont le mouvement est limité par le bruit de pression de radiation quantique d'un faisceau laser.

L'oscillateur sera constitué d'un miroir ultra-léger, d'une masse d'environ 100 mg, suspendu comme un pendule microscopique par deux fibres de silice fondue plus fines qu'un cheveu humain. Le miroir sera intégré dans une cavité optique suspendue, conçue pour amplifier les fluctuations quantiques du champ laser. Son mouvement sera mesuré avec une grande précision grâce à des techniques dédiées. Après avoir démontré un mouvement limité par le bruit quantique, ce système servira de plateforme pour explorer de nouvelles méthodes permettant de dépasser les limites imposées par le bruit quantique dans les mesures optiques.

Le ou la doctorant·e jouera un rôle actif dans la fabrication du miroir suspendu, en utilisant les installations dédiées du laboratoire Artemis. Ce travail inclura l'étirage de fibres ultra-fines de silice fondue, leur soudure à un substrat de miroir sur mesure, ainsi que la caractérisation de leur bruit thermique. Les premiers résultats de fabrication sont attendus dès la première année du projet et devraient donner lieu à une première publication.

La deuxième phase de la thèse se concentrera sur l'assemblage de la cavité optique suspendue, la mesure des propriétés de bruit thermique du miroir, et l'optimisation du système pour des expériences de détection limitée par le bruit quantique.

Tout au long du projet, l'étudiant·e acquerra des compétences expérimentales solides, essentielles à la physique de précision moderne, notamment en alignement optique, conception et contrôle de cavités, stabilisation de fréquence laser, électronique de rétroaction, technologie du vide, modélisation du bruit quantique et techniques de détection bas bruit. Les résultats de cette recherche sont directement applicables aux techniques de mesure de très haute précision, y compris les détecteurs d'ondes gravitationnelles de nouvelle génération et la génération de lumière comprimée intense.

Le ou la doctorant·e sera basé·e au laboratoire Artemis, situé sur le site du Mont-Gros de l'Observatoire de la Côte d'Azur à Nice, en France. Il ou elle travaillera au sein du groupe Lasers et Cavités et bénéficiera d'un encadrement rapproché par des chercheurs permanents, ainsi que du soutien d'ingénieurs en mécanique et en électronique. Le ou la candidat·e rejoindra un environnement de recherche avec des connexions internationales, contribuera à des publications, présentera ses résultats lors de conférences et participera à la collaboration Einstein Telescope.

Modern precision experiments increasingly operate at the interface between classical and quantum physics, where measurement sensitivity is limited by fundamental quantum fluctuations of light. In fields such as gravitational-wave detection, optical frequency metrology, and tests of fundamental physics, improving sensitivity requires not only reducing technical noise but also controlling radiation-pressure and shot-noise effects.

Optomechanical systems, where light interacts with the motion of suspended mirrors or mechanical resonators, provide a powerful platform to study and overcome these quantum limits. Developing low-loss suspended oscillators and techniques to probe and manipulate their motion at the quantum-noise level is therefore a key challenge for next-generation detectors and precision measurements.

This thesis addresses this challenge by combining advanced mirror suspension technology with quantum-limited optical measurements, contributing both to fundamental studies of quantum measurement and to the technological roadmap of future instruments such as third-generation gravitational-wave detectors.