Topic description
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 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.
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This PhD project focuses on the fabrication and experimental demonstration of a mechanical oscillator whose motion is limited by the quantum radiation-pressure noise from a laser beam.
The oscillator will consist of an ultra-light mirror, with a mass of approximately mg, suspended as a microscopic pendulum by two fused-silica fibers thinner than a human hair. The mirror will be integrated into a suspended optical cavity designed to enhance the quantum fluctuations of the laser field. The motion of the mirror will be measured with high precision using dedicated techniques. After demonstrating quantum-noise-limited motion, the system will serve as a platform to demonstrate novel methods for surpassing quantum noise limits in optical measurements.
The PhD candidate will play an active role in the fabrication of the suspended mirror using the Artemis laboratory's dedicated facilities. This work includes pulling ultra-thin fused-silica fibers, welding them to a custom mirror substrate, and characterizing their thermal noise. Initial fabrication results are expected to happen within the first year of project and lead to a first publication.
The second phase of the thesis will focus on assembling the suspended optical cavity, measuring the thermal-noise properties of the mirror, and optimizing the system for quantum-noise sensing experiments.
Throughout the project, the student will acquire strong experimental skills essential to modern precision physics, including optical alignment, cavity design and control, laser frequency stabilization, feedback electronics, vacuum technology, quantum-noise modeling, and low-noise detection techniques. The outcomes of this research are directly relevant to high-precision measurement technologies, including next-generation gravitational-wave detectors and the generation of strong bright squeezed light.
The student will be based at the Artemis laboratory, located at the Mont-Gros site of the Observatoire de la Côte d'Azur in Nice, France. He/She will work within the Lasers and Cavities group and benefit from close supervision by permanent researchers, as well as support in mechanical and electronic engineers. The candidate will join an internationally connected research environment, contribute to publications, present results at conferences, and participate in the Einstein Telescope collaboration.
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Début de la thèse : 01/10/
Funding category
Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
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