Les chercheurs de l’Institut de technologie de Pékin ont développé un manipulateur photonique TAM qui exploite efficacement le moment cinétique des photons, ouvrant ainsi de nouvelles voies en matière de transmission de données, de cryptage et de traitement du signal quantique.
Une nouvelle technique permet une reconnaissance efficace et un contrôle en temps réel des modes de moment cinétique.
Les objets en rotation portent un moment cinétique ; ce fait s’étend même aux plus petites particules, comme les photons. Les photons possèdent non pas une mais deux formes distinctes de moment cinétique : le moment cinétique de spin (SAM) et le moment cinétique orbital (OAM). SAM danse entre deux valeurs propres, représentant les polarisations circulaires droite et gauche, tandis que OAM a des valeurs propres infinies, correspondant à la phase spirale. Lorsque SAM s’unit à OAM, nous assistons à l’avènement du « moment angulaire total » (TAM), une boîte à outils photonique avec de vastes applications couvrant le lidar, le traitement laser, la communication optique, l’informatique optique, l’information quantique, etc.
Défis liés à la reconnaissance et au contrôle des TAM
Tout comme l’OAM a révolutionné le domaine, la reconnaissance efficace et le contrôle en temps réel des modes TAM offrent des clés pour des applications TAM révolutionnaires. Pourtant, les méthodes existantes pour reconnaître photon Les états TAM ont des limites, notamment une plage dynamique restreinte et une faible reconnaissance précision, et une incapacité à adapter le filtrage à la volée. Ces contraintes limitent la progression du développement et de l’application de TAM. L’extraction des modes TAM souhaités à partir d’un faisceau de photons est restée jusqu’à présent un casse-tête non résolu.
Structure conceptuelle du manipulateur de moment cinétique total : un faisceau lumineux transportant plusieurs modes de moment cinétique traverse le manipulateur pour le filtrage. Crédit : Li et al., doi 10.1117/1.AP.5.5.056002.
Comme indiqué dans Photonique avancée, des chercheurs de l’Institut de technologie de Pékin ont développé un manipulateur photonique TAM qui élimine les barrières, réalisant ainsi une manipulation à la demande du SAM et de l’OAM. Leur approche implique la mise en cascade symétrique de deux unités analogues : le séparateur TAM et l’inverseur TAM. Ces unités, composées d’éléments optiques spécialisés appelés déballeurs et correcteurs, sont conçues selon un processus méticuleux.
Imaginez le manipulateur photonique TAM comme un chef d’orchestre dirigeant un orchestre de lumière. Le séparateur TAM transforme le faisceau entrant en un ensemble de bandes disposées spatialement, chacune représentant un mode TAM. Un filtre spatial entre en scène, détermine quels modes TAM conserver et lesquels bloquer. Enfin, l’inverseur TAM ramène les faisceaux séparés dans le domaine spatial, complétant ainsi la symphonie. Ce processus de transformation mappe le faisceau incident du domaine spatial vers le « domaine de position-TAM » pour un filtrage facile avant la conversion vers le domaine spatial.
Performances du système dans les cas de blocage direct et sélectif lorsque des états multi-TAM sont incidents. (a) Résultats expérimentaux pour les faisceaux incidents ; (b) Spectres TAM des faisceaux de sortie dans les deux cas ci-dessus. Les modèles de sortie sont cohérents avec les entrées dans les cas directs. Pour les cas de blocage sélectif, le filtre spatial placé au niveau du plan de séparation est présenté comme Sp2. Après blocage, les motifs de ces faisceaux passent d’une forme pétaloïde à une forme de beignet. Crédit : Li et al., doi 10.1117/1.AP.5.5.056002.
Résultats et implications de la recherche
Les chercheurs rapportent une démonstration expérimentale prenant en charge la reconnaissance de jusqu’à 42 modes TAM individuels. Les résultats illustrent de bonnes performances de sélection d’état TAM, ce qui le rend particulièrement attrayant pour la transmission de données à grande vitesse et de grande capacité et pour les systèmes de cryptage photonique de haute sécurité. Il offre également de nouvelles perspectives sur le calcul photonique haute fidélité et le traitement des signaux radar quantiques.
