Propagation de lumière dans l'hélium métastable : stockage, amplification, fluctuations et bruit quantique.

Un etat quantique de lumiere est caracterise par la statistique de son nombre de photons. Lorsque qu'un champ electromagnetique se propage dans un milieu, ses statistiques peuvent etre modifiees, notamment en presence de phenomenes coherents. Cette these s'interesse experimentalement et theoriquement a la propagation d'etats quantiques de lumiere dans une vapeur d'helium metastable a temperature ambiante. Dans un premier temps, on etudie la propagation de lumiere en presence d'oscillations coherentes de populations ultrafines et montre qu'elles permettent de stocker efficacement une quadrature specifique d'un champ lumineux. Neanmoins, ce protocole ne permet pas de stocker les deux quadratures d'un mode du champ electromagnetique, et les conditions de propagation dans le milieu degradent leurs proprietes statistiques, empechant son utilisation pour des applications quantiques. Ce travail montre ensuite qu'il est possible de generer des etats comprimes a deux modes dans ce meme systeme, par melange a 4 ondes. Les etats fortement comprimes (9 dB) peuvent etre generes en exploitant les fortes non-linearites induites par piegeage coherent de population via une transition optique, ainsi que par la proximite d'une autre transition optique voisine. Enfin, une derniere partie s'interesse au transfert de bruit par effet Faraday entre les fluctuations de spin atomique du milieu et les fluctuations de polarisation d'un champ lumineux. L'etude de ces fluctuations par spectroscopie de bruit de spin a mis en evidence des comportements originaux qui pourraient par la suite etre utilises dans d'autres milieux.