Les fibres optiques sont l'épine dorsale des communications modernes, transportant des informations de A à B à travers de minces filaments de verre sous forme d'impulsions lumineuses. Ils sont largement utilisés dans les télécommunications, permettant à l'information de voyager à une vitesse proche de la vitesse de la lumière pratiquement sans perte.

Ces jours, biologistes, les physiciens et autres scientifiques utilisent régulièrement des fibres optiques pour diriger la lumière à l'intérieur de leurs laboratoires. Dans une application récente, les laboratoires de recherche quantique ont remodelé les fibres optiques, en les étirant en minuscules cônes (voir Nanofibres et pièges lumineux design). Pour ces cônes à l'échelle nanométrique, ou nanofibres, la lumière injectée fait toujours son chemin de A à B, mais une partie est forcée de voyager à l'extérieur de la surface extérieure de la fibre. La lumière extérieure, ou champ évanescent, peut capturer des atomes, puis transmettre des informations sur cette interaction lumière-matière à un détecteur.

Le réglage fin de tels champs lumineux évanescents est délicat et nécessite des outils pour caractériser à la fois la fibre et la lumière. À cette fin, des chercheurs du JQI et de l'Army Research Laboratory (ARL) ont développé une nouvelle méthode pour mesurer la propagation de la lumière à travers une nanofibre, leur permettant de déterminer l'épaisseur de la nanofibre avec une précision inférieure à la largeur d'un atome. La technique, décrit dans le 20 janvier, Numéro 2017 de la revue Optique , est direct, vite et, contrairement à la méthode d'imagerie standard, préserve l'intégrité de la fibre. Par conséquent, la sonde peut être utilisée in-situ avec l'équipement de fabrication de nanofibres, qui rationalisera la mise en œuvre dans les expériences d'optique quantique et d'information quantique. Le développement d'outils fiables et précis pour cette plate-forme pourrait permettre la technologie des nanofibres pour les applications de détection et de métrologie.

Les ondes lumineuses ont une taille caractéristique appelée longueur d'onde. Pour la lumière visible, la longueur d'onde est environ 100 fois plus petite qu'un cheveu humain. La lumière peut aussi avoir l'apparence de différentes formes, un cercle si solide, anneau, trèfle et plus (voir image ci-dessous). Les fibres restreignent la façon dont les ondes lumineuses peuvent se déplacer et tordre ou plier une fibre modifiera les caractéristiques de la lumière. Les nanofibres sont fabriquées en remodelant une fibre normale en un design semblable à un sablier, ce qui affecte davantage les ondes lumineuses guidées.

Dans cette expérience, les chercheurs injectent une combinaison de formes lumineuses dans une nanofibre. La lumière passe le long d'un cône d'amincissement, se glisse à travers une taille étroite, puis sort de l'autre côté du cône. La taille changeante des fibres déforme les ondes lumineuses, et de multiples motifs émergent des formes lumineuses interférentes (voir JQI News sur la collecte de la lumière perdue). Ceci est analogue aux notes de musique, ou des ondes sonores, battre ensemble pour former un accord complexe.

Les chercheurs effectuent des mesures directes des motifs d'interférence (battements). Pour faire ça, ils utilisent une seconde fibre de la taille d'un micron qui agit comme un capteur non invasif. La nanofibre est sur une platine mobile et traverse la fibre sonde selon un angle oblique. Au point de contact, une infime fraction de la lumière des nanofibres pénètre de manière évanescente dans la seconde fibre et se dirige vers un détecteur. Pendant qu'ils balaient la sonde le long de la nanofibre, le détecteur de sonde recueille des informations sur les modèles évolutifs de la lumière des nanofibres. Les chercheurs surveillent simultanément la lumière transmise à travers la nanofibre pour s'assurer que le processus de la sonde est inoffensif.

L'équipe peut atteindre un haut niveau de précision avec cette technique car elle n'image pas la fibre avec une caméra, qui aurait une résolution spatiale limitée par la longueur d'onde de la lumière collectée. L'étudiant diplômé de l'UMD Pablo Solano explique, "Nous voyons en fait les différents modes d'éclairage se mélanger et cela définit les limites de la détermination de la taille de la fibre - dans ce cas, sous-angström." Un outil standard connu sous le nom de microscopie électronique à balayage (MEB) peut également mesurer les dimensions des fibres avec une résolution à l'échelle nanométrique. Cette, cependant, a un désavantage comparatif, dit Eliot Fenton, un étudiant UMD travaillant sur le projet, "Avec notre nouvelle méthode, nous pouvons éviter d'utiliser SEM, qui détruit la fibre avec des produits chimiques d'imagerie et un chauffage. ce qui est moins direct et sujet aux erreurs. Solano résume comment les chercheurs peuvent bénéficier de ce nouvel outil, "En mesurant directement et avec sensibilité l'interférence (battement) de la lumière sans détruire la fibre, nous pouvons connaître exactement le type de champ électromagnétique que nous appliquerions aux atomes."