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Le contrôle de la lumière dans de nouvelles structures photoniques

La capacité de contrôle et de manipulation de la structure même de la lumière – autrement dit la personnalisation de propriétés plus petites que l'onde lumineuse elle-même et sa configuration dans l'espace – a fait l'objet de nombreuses recherches ces dernières années. Des chercheurs financés par l'UE ont renforcé nos connaissances sur la façon dont le champ lumineux est diffusé par ces extraordinaires et pourtant peu connues structures photoniques.
Le contrôle de la lumière dans de nouvelles structures photoniques
Durant cette dernière décennie, la recherche fondamentale et appliquée s'est beaucoup intéressée au contrôle actif des champs optiques dans divers supports photoniques. Par leur capacité de diviser, plier ou stocker la lumière, les nouveaux types de médias photoniques comme les cristaux photoniques, les méta-matériaux ou les matériaux plasmoniques, ont doté la lumière de nouveaux degrés de liberté. Il est maintenant possible d'étudier par exemple, toute une série de structures lumineuses complexes comme les accélérateurs de faisceaux, les faisceaux non diffractants, les vortex optiques et les moments cinétiques orbitaux qui ouvrent la voie à de nouvelles applications dans le domaine des systèmes de communication, l'information quantique ou les processeurs de signaux numériques.

Le projet STRUCTURED LIGHT (Structured light in photonics media), financé par l'UE, des chercheurs ont ainsi réussi à contrôler la lumière d'une façon totalement nouvelle. Leurs recherches se sont surtout portées sur la démonstration des propriétés de propagation de la lumière lorsqu'elle est piégée par un isolant topologique, lorsqu'elle se déplace dans un espace courbe ou lorsqu'elle est soumise à des champs de jauge artificiels.

Les réseaux quasi-cristallins ont été utilisés comme nouveau support photonique pour étudier la propagation de la lumière piégée dans un isolant topologique. En s'intéressant au transport quantique de l'état de bord, les chercheurs ont montré qu'il était possible de stocker, de libérer et de disperser les états de bord topologiques en bandes plates et donc le contrôle de la lumière topologique. Ils ont également montré que le transport quantique était topologiquement protégé dans les réseaux photoniques avec symétrie axiale de l'espace-temps. En s'appuyant sur ces résultats, les chercheurs ont proposé un premier système topologique laser qui constitue une étape importante pour l'intégration des propriétés topologiques dans les dispositifs optiques.

En partant de surfaces sphériques, l'équipe a démontré comment se propageait la lumière dans un espace courbe. Les faisceaux lumineux avec lobes d'accélération se propagent ainsi sur des trajectoires totalement différentes de celles d'une ligne droite pour aller d'un point A à un point B. Les chercheurs ont également montré qu'en manipulant la courbe d'une nouvelle classe de structures nanophotoniques 3D, il leur était possible de contrôler la trajectoire de la lumière, son taux de diffraction, sa phase et sa vitesse de groupe.

Les chercheurs ont ainsi pu montrer pour la première fois comment l'onde lumineuse se propageait dans des structures composites si elle est soumise à des champs de jauge artificiels. Ce nouveau schéma d'ondes optiques permet ainsi de confiner et de manipuler la lumière sur des puces.

De façon générale, l'équipe STRUCTURED LIGHT a donc exploré de nouvelles nanostructures optiques capables de contrôler et de manipuler la lumière. Ces travaux ouvrent de nouvelles opportunités dans toute une série d'applications comme les systèmes d'information et de communication, la microscopie électronique ou les micromachines.

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Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

Contrôle de la lumière, structures photoniques, STRUCTURED LIGHT, isolant topologique, indicateurs de champ artificiels