{"id":161690,"date":"2014-01-21T14:16:06","date_gmt":"2014-01-21T16:16:06","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=161690"},"modified":"2015-01-21T15:21:22","modified_gmt":"2015-01-21T17:21:22","slug":"tourbillons-de-lumiere","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/tourbillons-de-lumiere\/","title":{"rendered":"Tourbillons de lumi\u00e8re"},"content":{"rendered":"

Publi\u00e9 en septembre 2013<\/em><\/p>\n

\"\"<\/a>Les figures g\u00e9om\u00e9triques projet\u00e9es par un faisceau laser dans le laboratoire de physique Cid Bartolomeu de Ara\u00fajo \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 F\u00e9d\u00e9rale du Pernambouc (UFPE) peuvent sembler banales. Ces dessins lumineux ne mesurent cependant que quelques microm\u00e8tres et ils ne sont pas faits de n\u2019importe quelle lumi\u00e8re. Ce sont de v\u00e9ritables tourbillons de lumi\u00e8re connus sous le nom de vortex optiques. Quand ces vortex atteignent un objet microscopique comme un grain de poussi\u00e8re ou une cellule vivante, ils peuvent d\u00e9placer l\u2019objet et parcourir sans cesse le contour de la figure projet\u00e9e.<\/p>\n

Ceci peut paraitre insignifiant, mais les applications des vortex optiques sont nombreuses. Ils sont d\u00e9j\u00e0 utilis\u00e9s dans des exp\u00e9riences en physique et en biologie pour manipuler la mati\u00e8re au niveau submicroscopique et ils permettront d\u2019augmenter de centaines de fois le volume d\u2019information transmis par les fibres optiques. Ils peuvent \u00e9galement servir de base \u00e0 une nouvelle g\u00e9n\u00e9ration de circuits opto\u00e9lectroniques de taille nanom\u00e9trique. L\u2019avantage de la technique d\u00e9velopp\u00e9e par un trio de physiciens de l\u2019UFPE, c\u2019est qu\u2019elle offre une totale libert\u00e9 aux chercheurs et aux ing\u00e9nieurs pour fa\u00e7onner les vortex optiques \u00e0 leur convenance dans leurs diff\u00e9rentes applications.<\/p>\n

Les techniques utilis\u00e9es pour cr\u00e9er des vortex optiques ont commenc\u00e9 \u00e0 \u00eatre mises au point au d\u00e9but des ann\u00e9es 90 par les physiciens Les Allen et Han Woerdman, de l\u2019Universit\u00e9 de Leyde, au Pays-Bas, et produisent des vortex formant des circuits \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie circulaire. D\u2019autres figures g\u00e9om\u00e9triques ont d\u00e9j\u00e0 \u00e9t\u00e9 obtenues, mais elles ont \u00e9t\u00e9 cr\u00e9\u00e9es en utilisant des techniques plus complexes ou pour dessiner un type sp\u00e9cifique de contour. \u00abNous avons d\u00e9couvert un moyen d\u2019obtenir n\u2019importe quelle forme avec le m\u00eame montage exp\u00e9rimental utilis\u00e9 pour cr\u00e9er des vortex circulaires\u00bb, explique le physicien Anderson Amaral, premier auteur de l\u2019article qui a d\u00e9crit la d\u00e9couverte et publi\u00e9 au mois de mai de cette ann\u00e9e dans la revue Optics Letters<\/em>.<\/p>\n

Tire-bouchons<\/strong>
\nPour produire un vortex optique, les chercheurs projettent un faisceau laser conventionnel sur un \u00e9cran \u00e0 cristaux liquides. Avant d\u2019arriver sur l\u2019\u00e9cran, l\u2019onde de lumi\u00e8re du laser se propage en une s\u00e9rie de fronts plats. En p\u00e9n\u00e9trant dans le cristal liquide, les fronts d\u2019onde sont r\u00e9fl\u00e9chis suivant un mod\u00e8le g\u00e9om\u00e9trique form\u00e9 de bandes claires et sombres et cr\u00e9\u00e9 par le r\u00e9arrangement des mol\u00e9cules de cristal liquide, contr\u00f4l\u00e9 par ordinateur. Les zones sombres r\u00e9fl\u00e9chissent instantan\u00e9ment la lumi\u00e8re. Les zones plus claires retardent la r\u00e9flexion. Le mod\u00e8le g\u00e9om\u00e9trique retarde ainsi certaines parties des fronts d\u2019onde de lumi\u00e8re et donne \u00e0 leurs surfaces, auparavant planes, le format torsad\u00e9 d\u2019un tire-bouchon.<\/p>\n

Quand le faisceau de lumi\u00e8re torsad\u00e9 est projet\u00e9 sur un mur, on peut voir un anneau de lumi\u00e8re au lieu d\u2019un point lumineux. La torsion des ondes annule l\u2019intensit\u00e9 dans l\u2019axe du faisceau et cr\u00e9\u00e9 une zone sombre dans son centre. Dans le m\u00eame temps, l\u2019anneau lumineux qui reste, acquiert la capacit\u00e9 de d\u00e9placer des particules ou de petits objets sensibles \u00e0 la subtile force de la lumi\u00e8re. Les particules atteintes par le faisceau commencent ainsi \u00e0 parcourir le circuit form\u00e9 par l\u2019anneau. Plus la lumi\u00e8re est torsad\u00e9e, c\u2019est-\u00e0-dire, plus la distance entre les tours de l\u2019onde en forme de tire-bouchon est moindre (d\u00e9termin\u00e9e par le nombre de bandes sombres et claires sur l\u2019\u00e9cran \u00e0 cristaux liquides), plus les particules se d\u00e9placent rapidement.<\/p>\n

Anderson Amaral a commenc\u00e9 \u00e0 \u00e9tudier des mani\u00e8res de contr\u00f4ler la torsion de la lumi\u00e8re, il y a un an, quand il a commenc\u00e9 son doctorat, orient\u00e9 par Cid Bartolomeu de Ara\u00fajo et le physicien Edilson Falc\u00e3o Filho, \u00e9galement de l\u2019UFPE. Anderson Amaral souhaite utiliser les vortex optiques pour manipuler les \u00e9lectrons d\u2019un m\u00e9tal. Les circuits \u00e9lectroniques actuels ne peuvent pas \u00eatre inf\u00e9rieurs \u00e0 quelques microm\u00e8tres (milli\u00e8mes de millim\u00e8tre). De nombreux chercheurs travaillent cependant pour cr\u00e9er des circuits mille fois plus petits qui fonctionneraient en se basant sur les oscillations nanom\u00e9triques des \u00e9lectrons, les plasmons, cr\u00e9\u00e9es et contr\u00f4l\u00e9es par des faisceaux de lumi\u00e8re sp\u00e9ciaux comme les vortex optiques.<\/p>\n

L\u2019id\u00e9e astucieuse des physiciens de l\u2019\u00e9tat du Pernambouc a \u00e9t\u00e9 d\u2019explorer une propri\u00e9t\u00e9 des vortex optiques appel\u00e9e charge topologique. Pour simplifier, cette charge est un nombre qui d\u00e9termine le nombre de tours du tire-bouchon de lumi\u00e8re. \u00abTout le monde d\u00e9signe ce nombre sous le nom de charge topologique mais personne ne parle de ses propri\u00e9t\u00e9s topologiques (issues de la g\u00e9om\u00e9trie)\u00bb, d\u00e9clare Anderson Amaral. Les math\u00e9maticiens disent que deux figures g\u00e9om\u00e9triques ont la m\u00eame topologie si l\u2019une d\u2019entre elles peut \u00eatre moul\u00e9e sur la forme que l\u2019autre, sans qu\u2019il soit n\u00e9cessaire de couper ou de coller ses points. De cette mani\u00e8re, une sph\u00e8re peut \u00eatre transform\u00e9e en cube et une tasse de caf\u00e9 en beignet et vice-versa. Les chercheurs ont ainsi d\u00e9couvert qu\u2019il \u00e9tait possible de changer la forme des vortex de lumi\u00e8re sans modifier leur topologie. En d\u2019autres mots, l\u2019anneau de lumi\u00e8re pourrait avoir diff\u00e9rents formats, celui de la lettre L par exemple, et conserver sa capacit\u00e9 de transmettre son mouvement circulaire \u00e0 n\u2019importe quelle particule.<\/p>\n

Cercles et triangles
\n<\/strong>La nouveaut\u00e9 de la technique d\u00e9velopp\u00e9e par l\u2019\u00e9quipe d\u2019Anderson Ara\u00fajo est le fa\u00e7onnage de l\u2019anneau des vortex modifiant ainsi le format de la partie centrale du mod\u00e8le sombre et clair de l\u2019\u00e9cran \u00e0 cristaux liquides. Ils ont d\u00e9montr\u00e9 ce proc\u00e9d\u00e9 dans l\u2019article publi\u00e9 dans la revue Optics Letters, en cr\u00e9ant des vortex en forme de L ou de cercles allong\u00e9s et de triangles. \u00abNous sommes en train de perfectionner la technique pour cr\u00e9er des formes plus complexes\u00bb, explique Anderson Ara\u00fajo.<\/p>\n

\u00abLe fa\u00e7onnage des vortex optiques est une approche tr\u00e8s efficace\u00bb, d\u00e9clare le physicien Johannes Courtial, du groupe de Miles Padgett, de l\u2019Universit\u00e9 de Glasgow, en \u00c9cosse, et l\u2019un des plus importants groupes d\u2019\u00e9tude des vortex optiques dans le monde. Johannes Courtial trouve int\u00e9ressant le fait que la portion sombre centrale du vortex fonctionne comme une esp\u00e8ce de moule de la partie lumineuse du vortex.<\/p>\n

Le groupe de l\u2019UFPE, qui se focalise actuellement sur l\u2019application des vortex dans les circuits de plasmons, estime que la technique sera \u00e9galement utile aux t\u00e9l\u00e9communications. Les fibres optiques actuelles transportent des messages de mani\u00e8re simultan\u00e9e \u00e0 travers des faisceaux lasers de longueurs d\u2019onde diff\u00e9rentes qui voyagent ensemble \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur des fibres. La limite du flux d\u2019informations est de l\u2019ordre de 10 gigabits par seconde. Un groupe international d\u2019ing\u00e9nieurs a d\u00e9montr\u00e9 dans un article publi\u00e9 le 28 juin dans la revue Science<\/em> que le fait de codifier l\u2019information \u00e0 travers des vortex optiques repousserait cette limite \u00e0 plus de mille gigabits par seconde. \u00abCette limite pourrait m\u00eame augmenter davantage si nous pouvions modifier le format des vortex\u00bb, explique Falc\u00e3o Filho.<\/p>\n

Article scientifique<\/em>
\nAMARAL, A.M. et al<\/em>. Shaping optical beams with topological charge<\/a>. Optics Letters<\/strong>. v. 38, n. 9. mai. 2013.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Une nouvelle technique permet de manipuler des objets microscopiques","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[1180],"tags":[],"coauthors":[103],"class_list":["post-161690","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-sciences"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/161690","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=161690"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/161690\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=161690"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=161690"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=161690"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=161690"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}