Cher·es étudiant·es, Dear students,
Comme pour les autres sujets, les enseignants se réservent le droit de pré-inscrire une équipe qui se montrerait complète (max 5 personnes) et motivée d'ici à l'ouverture des inscriptions pour les places restantes.
Merci également de noter que l'ouverture des sujets restants reste soumise à la limite globale de places en sujets DEPHI, tous sujets confondus.
A new DEPHI project is now available and is focused on the study of single photon sources based on NV centers in diamond via confocal microscopy. It will be soon available on the LEnsE website but some details can be found below. Feel free to reach out to me to have more details and to confirm your interest.
As for other projects, supervisors may reserve the right to book the project for a full team (max of 5) of interested and motivated students.
Please also note that availability of all remaining projects including this one is still subject to the headcount quota for all DEPHI projects on one hand and all MOSAIC projects on the other hand respectively
Projet DEPHI
Sources de photons uniques à l’état solide – microscopie confocale
Problématique : Comment caractérise-t-on une source de photons unique ? Qu’est-ce qui différencie une telle source d’un laser atténué ou d’un corps noir ?
Point de départ :
Le LEnsE dispose d’un prototype avancé de banc dédié à la collection de fluorescence de centres colorés uniques du diamant. Ces centres colorés peuvent être utilisées comme sources de photons uniques à température ambiante. Le banc est constitué d’un bras d’imagerie et de microscopie à balayage, d’une voie de collection confocale et d’un montage fibré, dit interféromètre HBT, pour tester la statistique d’émission des photons de la source.
Si certaines fonctionnalités sont en place, le montage actuel n’est pas opérationnel en raison de plusieurs limites dans sa conception. L’objectif global du projet est de réaliser sur un montage finalisé une mesure d’autocorrélation en intensité de centres NV uniques pour démontrer que les photons sont bien émis un par un par la source (mesure d’anti-bunching) et de comparer cette statistique à un flux de photons émis par une source pseudo-aléatoire (mesure de bunching)
Utilisation du prototype réalisé :
Le banc finalisé a vocation à constituer une nouvelle plate-forme d’expérience dédiée à l’interférométrie HBT et aux sources de photons uniques, parmi celles dédiées à la photonique quantique dans les blocs de Travaux Pratiques de 3A.
Fig 1 : Schéma de principe d’une manip de microscopie confocale pour l’étude de la fluorescence du diamant – vue du statut du prototype actuel. Tiré de Rosa Brouri, Alexios Beveratos, Jean-Philippe Poizat, and Philippe Grangier, "Photon antibunching in the fluorescence of individual color centers in diamond," Opt. Lett. 25, 1294-1296 (2000)
Description du travail à réaliser :
L’équipe du projet devra commencer par s’approprier l’état actuel du prototype et notamment le principe de la microscopie confocale pour saisir les enjeux de conception optique des voies d’imagerie et de balayage, en ce qui concerne les centres NV. L’équipe devra proposer des solutions techniques pour réduire la taille du montage, résoudre les problèmes d’instabilité mécanique améliorer la qualité des images champ large fournies par le système, et la sécurité autour de la table optique. Elle devra en outre proposer une solution technique pour permettre, sur le même montage, un test de la statistique d’une source de photons émis par une source pseudo-aléatoire. A ces fins, elle devra proposer une liste de matériel optique et implémenter leur solution sur le montage actuel.
Fig 2 : Carte de photoluminescence de centres NV uniques et mesure de g(2)(t), soit une mesure d’autocorrélation en intensité du signal de fluorescence. La valeur g(2)(0) proche de 0 est la preuve expérimentale du caractère de sources de photons uniques de la source.
Tiré de Rosa Brouri, Alexios Beveratos, Jean-Philippe Poizat, and Philippe Grangier, "Photon antibunching in the fluorescence of individual color centers in diamond," Opt. Lett. 25, 1294-1296 (2000)
Une autre part du sujet portera sur les enjeux de détection, d’interfaçage et de traitement du signal pour la mesure du paramètre g(2), qui caractérise la statistique d’une source de photons. L’équipe concevra, réalisera et testera des circuits de coïncidence et finalisera l’interfaçage de la manip via le logiciel Qudi.
L’équipe devra également définir les caractéristiques des échantillons de diamant nécessaires à la réussite de l’expérience, et trouver proposer des solutions d’approvisionnement. Enfin, l’équipe devra amorcer la scénarisation d’une séance de Travaux pratiques notamment proposant et réalisant des expériences répétables avec le banc développé, en rédigeant une documentation du banc
Compétences ou savoirs-faires abordés :
- S’approprier des notions scientifiques et techniques à l’aide de ressources, avec et sans supervision
- Analyser une documentation technique
- Concevoir, prototyper et réaliser un montage optique
- Réaliser, caractériser et valider les performances d’un circuit électronique
- Définir des protocoles d’alignement, de mesure et de tests
- Réaliser, analyser et présenter des résultats de mesure
- Solliciter et échanger avec des experts pour aider à la résolution de problèmes.
- Mettre en œuvre un outil de gestion de projet afin d’assigner des tâches, et de documenter assidument et fidèlement le travail réalisé
- Interfacer plusieurs composants en langage Python
- Rédiger une documentation technique et des supports à vocation pédagogique
Ressources / connaissances :
Optique et opto-mécanique : miroirs, cubes, lentilles, collimateurs et leurs montures ; fibre optique
Micro-mécanique et cale piézoélectrique
Opto-électronique/semi-conducteurs : détecteurs quantiques
Électronique et traitement du signal : signaux d’horloge, signaux logiques, corrélation.
Protocole de réglages, d’alignement, de tests
Qui encadre : Benjamin VEST & Lionel JACUBOWIEZ - référent technique : Thierry AVIGNON. Soutien de Julien VILLEMEJANE sur les questions d’électronique de corrélation et de comptage.