Interférence à deux photons : Hong-Ou-Mandel

Sur une séparatrice 50/50, deux photons indiscernables arrivant chacun sur une entrée sortent toujours ensemble par la même sortie : l’amplitude où les deux photons sont transmis interfère destructivement avec celle où les deux sont réfléchis. Si l’on retarde l’un des photons de $𝜏$ , la probabilité de coïncidence est

𝑃_{𝑐} (𝜏) = \frac{1 - {| 𝜒 (𝜏) |}^{2}}{2},

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où $𝜒 (𝜏)$ est le recouvrement des deux paquets d’onde, égal à 1 pour $𝜏 = 0$ et décroissant sur le temps de cohérence des photons. Le creux de coïncidences a donc une largeur de l’ordre de ce temps de cohérence, ce qui permet de mesurer des retards extrêmement courts. L’effet est une brique de l’optique quantique linéaire (portes à photons, échantillonnage de bosons).

Fig. 40. – Hong-Ou-Mandel : deux photons indiscernables sortent ensemble par la même voie d’une séparatrice (à gauche), d’où un creux du taux de coïncidences en fonction du retard

𝜏

(à droite), de largeur de l’ordre du temps de cohérence

𝜏_{𝑐}

Pour aller plus loin. C. K. Hong, Z. Y. Ou et L. Mandel, Physical Review Letters 59, 2044 (1987) ; M. Fox, Quantum Optics : An Introduction, Oxford University Press.