Une nouvelle technique mesure la lumière structurée en un seul coup

Les ondes lumineuses structurées avec des fronts de phase en spirale portent un moment angulaire orbital (OAM), attribué au mouvement de rotation des photons. Récemment, les scientifiques ont utilisé des ondes lumineuses avec OAM, et ces faisceaux lumineux « hélicoïdaux » spéciaux sont devenus très importants dans diverses technologies avancées comme la communication, l’imagerie et le traitement de l’information quantique. Dans ces technologies, il est crucial de connaître la structure exacte de ces faisceaux lumineux particuliers. Cependant, cela s’est avéré assez délicat.

L’interférométrie – superposant un champ lumineux avec un champ de référence connu pour extraire des informations de l’interférence – peut récupérer des informations sur le spectre OAM à l’aide d’une caméra. Comme la caméra n’enregistre que l’intensité de l’interférence, la technique de mesure rencontre une diaphonie supplémentaire appelée « interférence de battement signal-signal » (SSBI), ce qui complique le processus de récupération. C’est comme entendre plusieurs sons qui se chevauchent, ce qui rend difficile la distinction des notes d’origine.

Dans une percée récente rapportée dans Photonique avancée, des chercheurs de l’Université Sun Yat-sen et de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ont utilisé un puissant outil mathématique appelé la relation de Kramers-Kronig (KK), qui aide à comprendre et à résoudre le problème. Cet outil leur a permis de démêler le motif lumineux hélicoïdal complexe des mesures d’intensité uniquement de la caméra pour une récupération en un seul coup dans une interférométrie simple sur l’axe. En explorant la dualité entre les domaines temps-fréquence et azimut-OAM, ils appliquent l’approche KK pour étudier divers champs OAM, y compris les pétales auto-imagés de Talbot et les modes OAM fractionnaires.

La nouvelle technique de mesure a un grand potentiel pour faire progresser les technologies qui reposent sur ces modèles de lumière spéciaux. Selon l’auteur correspondant Jianqi Hu, maintenant post-doctorant au Laboratoire Kastler Brossel, Ecole Normale Supérieure, France, « La méthode proposée peut également être généralisée pour les faisceaux OAM avec des structures radiales complexes, ce qui en fait une technique puissante pour la mesure en temps réel de la lumière structurée champs, simplement par un instantané avec un appareil photo. »

Par rapport à l’interférométrie conventionnelle sur l’axe, la méthode KK démontrée par les chercheurs accélère non seulement la mesure, mais la rend également beaucoup plus simple et rentable. Grâce à cette nouvelle technique, les scientifiques ont acquis un moyen puissant pour percer les secrets des ondes lumineuses structurées avec OAM. Cette percée a le potentiel de révolutionner diverses technologies, ouvrant la voie à des avancées passionnantes dans le domaine de la lumière structurée dans un avenir proche.