Les chercheurs et les ingénieurs ont longtemps cherché des moyens de dissimuler des objets en manipulant la façon dont la lumière interagit avec eux. Une nouvelle étude offre la première démonstration de dissimulation d'invisibilité basée sur la manipulation de la fréquence (couleur) des ondes lumineuses lorsqu'elles traversent un objet, une approche fondamentalement nouvelle qui surmonte les lacunes critiques des technologies de dissimulation existantes.

L'approche pourrait être applicable à la sécurisation des données transmises sur des lignes à fibre optique et également aider à améliorer les technologies de détection, télécommunications et traitement de l'information, disent les chercheurs. Le concept, théoriquement, pourrait être étendu pour rendre les objets 3D invisibles dans toutes les directions ; une étape importante dans le développement de technologies pratiques de dissimulation d'invisibilité.

La plupart des dispositifs d'occultation actuels ne peuvent dissimuler complètement l'objet d'intérêt que lorsque l'objet est éclairé avec une seule couleur de lumière. Cependant, la lumière du soleil et la plupart des autres sources lumineuses sont à large bande, ce qui signifie qu'ils contiennent beaucoup de couleurs. Le nouvel appareil, appelée cape d'invisibilité spectrale, est conçu pour masquer complètement des objets arbitraires sous un éclairage à large bande.

La cape spectrale fonctionne en transférant sélectivement l'énergie de certaines couleurs de l'onde lumineuse à d'autres couleurs. Une fois que l'onde a traversé l'objet, l'appareil restaure la lumière à son état d'origine. Les chercheurs démontrent la nouvelle approche dans Optique , Le journal de l'Optical Society pour la recherche à fort impact.

"Notre travail représente une percée dans la quête du camouflage d'invisibilité, " dit José Azaña, Institut National de la Recherche Scientifique (INRS), Montréal, Canada. "Nous avons rendu un objet cible totalement invisible à l'observation sous un éclairage à large bande réaliste en propageant l'onde d'éclairage à travers l'objet sans distorsion détectable, exactement comme si l'objet et la cape n'étaient pas présents."

Surmonter les obstacles précédents

Lors de la visualisation d'un objet, ce que vous voyez vraiment, c'est la façon dont l'objet modifie l'énergie des ondes lumineuses qui interagissent avec lui. La plupart des solutions pour masquer l'invisibilité consistent à modifier les chemins que suit la lumière afin que les ondes se propagent, plutôt qu'à travers, un objet. D'autres approches, appelé "occultation temporelle, " altérer la vitesse de propagation de la lumière de telle sorte que l'objet soit temporairement caché lorsqu'il traverse le faisceau lumineux pendant une durée prescrite.

Dans l'une ou l'autre approche, les différentes couleurs d'une onde lumineuse entrante doivent suivre des chemins différents lorsqu'elles traversent le dispositif d'occultation, prenant ainsi des quantités différentes de temps pour atteindre leur destination. Cette altération du profil temporel de l'onde peut montrer aux observateurs que quelque chose n'est pas comme il devrait être.

« Les solutions de masquage conventionnelles reposent sur la modification du chemin de propagation de l'éclairage autour de l'objet à masquer ; de cette façon, différentes couleurs prennent différentes quantités de temps pour traverser la cape, résultant en une distorsion facilement détectable qui trahit la présence de la cape, " a déclaré Luis Romero Cortés, Institut National de la Recherche Scientifique (INRS). "Notre solution proposée évite ce problème en permettant à l'onde de se propager à travers l'objet cible, plutôt qu'autour de lui, tout en évitant toute interaction entre la vague et l'objet."

Réorganiser les couleurs

Azaña et son équipe y sont parvenus en développant une méthode pour réorganiser différentes couleurs de lumière à large bande afin que l'onde lumineuse se propage à travers l'objet sans réellement le "voir". Pour faire ça, le dispositif d'occultation décale d'abord les couleurs vers les régions du spectre qui ne seront pas affectées par la propagation à travers l'objet. Par exemple, si l'objet réfléchit la lumière verte, alors la lumière dans la partie verte du spectre pourrait être décalée vers le bleu de sorte qu'il n'y aurait pas de lumière verte à refléter. Puis, une fois que la vague a dégagé l'objet, le dispositif de masquage inverse le décalage, reconstruire l'onde dans son état d'origine.

L'équipe a démontré son approche en dissimulant un filtre optique, qui est un dispositif qui absorbe la lumière dans un ensemble prescrit de couleurs tout en laissant passer d'autres couleurs de lumière, qu'ils illuminaient avec une courte impulsion de lumière laser.

Le dispositif d'occultation a été construit à partir de deux paires de deux composants électro-optiques disponibles dans le commerce. Le premier composant est une fibre optique dispersive, qui force les différentes couleurs d'une onde à large bande à voyager à des vitesses différentes. Le second est un modulateur de phase temporel, qui modifie la fréquence optique de la lumière en fonction du moment où l'onde traverse l'appareil. Une paire de ces composants a été placée devant le filtre optique tandis que l'autre paire a été placée derrière lui.

L'expérience a confirmé que l'appareil était capable de transformer les ondes lumineuses dans la gamme de fréquences qui auraient été absorbées par le filtre optique, puis inversez complètement le processus lorsque l'onde lumineuse sort du filtre de l'autre côté, donnant l'impression que l'impulsion laser s'était propagée à travers un milieu non absorbant.

Mettre le camouflage à profit

Alors que le nouveau design aurait besoin d'être développé avant de pouvoir être traduit dans un style Harry Potter, cape d'invisibilité portable, le dispositif d'occultation spectrale démontré pourrait être utile pour une gamme d'objectifs de sécurité. Par exemple, les systèmes de télécommunication actuels utilisent des ondes à large bande comme signaux de données pour transférer et traiter des informations. L'occultation spectrale pourrait être utilisée pour déterminer de manière sélective quelles opérations sont appliquées à une onde lumineuse et lesquelles lui sont « rendues invisibles » sur certaines périodes de temps. Cela pourrait empêcher un indiscret de collecter des informations en sondant un réseau de fibre optique avec une lumière à large bande.

Le concept global de réversible, La redistribution d'énergie spectrale définie par l'utilisateur pourrait également trouver des applications au-delà de la dissimulation d'invisibilité. Par exemple, la suppression sélective puis le rétablissement des couleurs dans les ondes à large bande qui sont utilisées comme signaux de données de télécommunication pourraient permettre la transmission d'un plus grand nombre de données sur une liaison donnée, aider à atténuer les embouteillages alors que les demandes de données continuent de croître. Ou, la technique pourrait être utilisée pour minimiser certains problèmes clés dans les liaisons de télécommunication à large bande d'aujourd'hui, par exemple en réorganisant le spectre énergétique du signal pour le rendre moins vulnérable à la dispersion, phénomènes non linéaires et autres effets indésirables qui altèrent les signaux de données.

Alors que les chercheurs ont démontré une dissimulation spectrale lorsque l'objet n'était éclairé que dans une seule direction spatiale, Azaña a déclaré qu'il devrait être possible d'étendre le concept pour rendre un objet invisible sous un éclairage de toutes les directions. L'équipe prévoit de poursuivre ses recherches dans ce but. En attendant, l'équipe travaille également à faire progresser les applications pratiques pour le masquage spectral unidirectionnel dans les systèmes d'ondes unidimensionnels, comme pour les applications basées sur la fibre optique.