Guillaume Graciani a effectué sa thèse de septembre 2017 à octobre 2020 en cotutelle entre l’UNIST (Ulsan, Corée du Sud), où il était encadré par François Amblard, et l’École polytechnique, où il était co-encadré par Marcel Filoche. Il vient d’obtenir le second prix de thèse de l’IP Paris (Best Thesis Award Runner-up).
Sa thèse de doctorat, intitulée “Three-dimensional stochastic interferometry : theory and applications to high-sensitivity optical metrology and light scattering amplification”, a posé un nouveau principe d’interférométrie « stochastique » permettant de détecter avec une précision inégalée (sub-picométrique) les modifications de géométrie (et donc la dynamique interne) au sein d’une cavité.
Guillaume Graciani a débuté sa thèse par l’élaboration d’une cavité optique à très haut niveau de réflectivité (albédo), permettant pour la première fois la réalisation d’un « champ de Berry » tridimensionnel, un concept théorique initialement suggéré par Michael Berry et consistant en un champ électromagnétique stochastique cohérent à très haut niveau de symétrie. La cohérence du champ et l’albédo atteint ouvrent ainsi la possibilité d’une mesure interférométrique à « très grand nombre de bras » en n’importe quel point intérieur de la cavité. Ila ensuite exploité ce champ électromagnétique pour démontrer la capacité de ce dispositif interférométrique à mesurer des variations picométriques de la géométrie interne de la cavité. Cette invention a par ailleurs fait l’objet d’un dépôt de brevet qui est en cours d’examen.
L’albédo record de la cavité ainsi réalisée a été très rapidement exploité pour collecter de manière très efficace la lumière provenant de sources volumiques très peu intenses, placées dans la cavité. Guillaume a ainsi décrit théoriquement et mesuré expérimentalement le bruit du système, montrant que l’optimum de sensibilité (avec une caméra EMCCD) permettait de détecter 110 photon/s par litre. Cette performance a été appliquée à la détection de très faibles émissions : d’une part, la production de lumière par des levures et, pour la première fois, l’observation de la luminescence produite par une réaction chimique très simple, la dismutation de H_2 O_2 dans l’eau.