Une approche entièrement basée sur la fibre pour générer des faisceaux optiques spéciaux, appelés faisceaux de Bessel, pourrait ouvrir de nouvelles applications dans l’imagerie, le piégeage optique et les communications.
Les faisceaux de Bessel sont assez différents des faisceaux lumineux gaussiens habituels que l’on trouve dans l’optique. En particulier, ils possèdent plusieurs propriétés intéressantes, notamment l’auto-guérison, la propagation sans diffraction et la capacité de transporter le moment angulaire orbital (OAM). Cette famille de faisceaux – également connus sous le nom de faisceaux vortex avec une forme annulaire caractéristique et une région centrale sombre – comprend différents «ordres» de faisceaux portant différentes valeurs d’OAM.
Cependant, la création de faisceaux de Bessel est quelque peu gênante : plusieurs éléments optiques massifs, tels que des modulateurs spatiaux de lumière ou des axicons en forme de cône, sont nécessaires pour convertir les faisceaux gaussiens en faisceaux de Bessel.
Aujourd’hui, Innem Reddy, Andrea Bertoncini et Carlo Liberale de KAUST ont démontré expérimentalement qu’une fibre optique conçue sur mesure peut faire le travail et générer un faisceau Bessel particulier à la demande. Ils ont publié leurs résultats dans Optique.
« La génération de faisceaux de Bessel à l’aide de techniques traditionnelles implique des éléments optiques coûteux et encombrants qui nécessitent un alignement précis », explique Reddy, titulaire d’un doctorat. étudiant du groupe. « En optant pour une solution à base de fibres, nous pouvons obtenir un générateur de faisceau Bessel compact qui est pré-aligné et peut délivrer ces faisceaux même dans des espaces éloignés et confinés, comme les applications endoscopiques. »
« En particulier, la génération de faisceaux de Bessel à base de fibres permet des applications innovantes, telles que les sondes endoscopiques peu invasives, la tomographie par cohérence optique, le piégeage optique à base de fibres et la manipulation de particules microscopiques. »
La fibre de l’équipe est un chef-d’œuvre d’ingénierie personnalisée. Ils utilisent une technique appelée lithographie à deux photons (TPL), qui permet l’impression 3D de structures optiques complexes pour fabriquer des éléments de mise en forme de faisceau spéciaux directement sur la pointe d’une fibre optique monomode. Leur conception comporte trois segments qui, collectivement, alignent et transforment efficacement un faisceau gaussien conventionnel en un faisceau annulaire, puis, enfin, un faisceau de Bessel de l’ordre et de la valeur OAM souhaités.
Ce travail est le dernier triomphe d’un programme de recherche qui vise à exploiter le potentiel de la technique TPL, où la lumière est utilisée pour « écrire » de fines structures optiques en solidifiant une résine photosensible.
L’équipe a déjà utilisé TPL pour personnaliser les fibres d’autres manières, y compris la création de séparateurs de faisceaux de polarisation, d’assemblages de microlentilles et de pinces optiques. « Fabriquer des dispositifs optiques toujours plus sophistiqués à l’extrémité des fibres optiques pour leur permettre de délivrer des fonctionnalités complexes est l’un des principaux axes de recherche de notre groupe », explique Libérale.
Innem VAK Reddy et al, générateur de faisceau Bessel d’ordre zéro et d’ordre élevé à base de fibres imprimées en 3D, Optique (2022). DOI : 10.1364/OPTICA.453839