Une équipe de chercheurs a développé un moyen d'augmenter considérablement la mémoire des motifs de mouchetures, les motifs très complexes qui résultent de la projection d'une lumière laser sur une feuille opaque, comme le papier, tissu biologique, ou brouillard.
La méthode, développé par des chercheurs de Yale, Université de Bilkent, Centre national de recherche en nanotechnologie (UNAM), Université de technologie de Vienne, et l'Université de Californie du Sud, a des applications potentielles pour des domaines tels que l'imagerie biomédicale, métrologie optique, et la science de l'information quantique. Les résultats sont publiés dans Examen physique X .
Les motifs de mouchetures peuvent être comparés à ce qui se passe lorsque plusieurs gouttes d'eau tombent à la surface d'une flaque d'eau en même temps, résultant en un motif d'onde qui devient rapidement très complexe. Les motifs mouchetés créés à partir de la lumière ont une certaine "mémoire, ' que les chercheurs avaient précédemment utilisé pour développer une méthode de visualisation d'objets cachés derrière une couche opaque. La méthode consiste à faire passer la lumière à travers une couche opaque (telle qu'un mur) pour créer un motif de lumière tacheté derrière la couche. Bien que cela donne l'impression d'être complètement aléatoire (voir figure 1), le motif moucheté contient certaines corrélations, résultant en une « mémoire angulaire », c'est-à-dire l'inclinaison du faisceau laser incident sur la surface de la couche opaque avec un petit angle donne le même motif de speckle transmis mais avec une inclinaison angulaire (voir figure 2). La direction et l'angle de cette inclinaison derrière la couche opaque sont les mêmes que la direction et l'angle d'inclinaison à l'entrée.
Avec cette nouvelle étude, bien que, il est maintenant possible que le motif moucheté formé sur le dos puisse être incliné dans n'importe quelle direction souhaitée, indépendamment de l'angle d'inclinaison et de la direction de la lumière laser sur la surface opaque. L'ingrédient central de la nouvelle méthode est la "matrice de transmission" de la couche opaque, qui donne la relation entre la lumière laser sur la surface opaque et la lumière laser passant derrière elle. En utilisant la matrice de transmission déterminée expérimentalement, la lumière laser sur la surface est mise en forme spatialement à l'aide d'un dispositif appelé modulateur spatial de lumière. Cette lumière de forme spatiale personnalise l'effet mémoire angulaire, permettant au speckle transmis de se comporter comme souhaité.
On croyait auparavant que l'effet de mémoire angulaire est une caractéristique physique du matériau opaque. Par cette pensée, les performances des méthodes d'imagerie utilisant cet effet mémoire seraient limitées par les propriétés physiques du matériau.
« Dans notre étude, bien que, nous avons montré que ce point de vue est beaucoup trop pessimiste, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, Hassan Yilmaz, professeur assistant à l'Université de Bilkent, UNAM. « La mémoire angulaire des ondes lumineuses traversant la couche opaque peut être modifiée indépendamment des propriétés physiques du matériau opaque, en contrôlant la forme de la lumière incidente."
C'est une percée qui ouvre de nouvelles possibilités pour la technologie.
"Notre méthode a la caractéristique prometteuse qu'elle peut également être utilisée pour différents effets de mémoire dans d'autres systèmes complexes tels que les fibres optiques et les systèmes chaotiques, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, Hui Cao, le professeur John C. Malone de physique appliquée, Professeur de physique, et professeur de génie électrique.
Le professeur Stefan Rotter de l'Université de technologie de Vienne en Autriche a noté que les résultats démontrent bien la puissance de la mise en forme spatiale des ondes lumineuses.
"De plus, ils soulèvent également une multitude de questions de suivi, par exemple si l'effet mémoire dans le motif de speckle de sortie transmis a également des conséquences intéressantes pour les champs lumineux à l'intérieur du milieu opaque, " il a dit.
Une autre application de la nouvelle méthode est la science de l'information quantique. Précédemment, les chercheurs ont démontré que l'effet de mémoire angulaire est également présent pour la lumière quantique à travers les milieux de diffusion. En utilisant la nouvelle méthode, les corrélations angulaires quantiques de photons intriqués qui sont dispersés à travers un milieu complexe peuvent être personnalisées. Une telle liberté de modifier les corrélations quantiques aura des applications en imagerie quantique et en métrologie.
