Des chercheurs ont récemment démontré la réalisation d'un microlaser intégré basé sur un nouveau design qui émet de la lumière en modes chiraux, produisant ainsi des tire-bouchons de lumière. Un objet est dit chiral s'il peut être distingué de son image miroir. En raison de leur forme hélicoïdale, les tire-bouchons en sont de bons exemples.

De tels objets chiraux sont omniprésents dans la nature, des galaxies en rotation à la double hélice d'ADN. La chiralité de la lumière peut être définie lorsque sa phase s'enroule le long de son axe de propagation. Dans les années 1990, il a été reconnu que l'exploitation d'une telle caractéristique chirale des champs lumineux, appelé moment angulaire orbital (OAM), pourrait être technologiquement avantageux. En effet, OAM représente un degré de liberté illimité, car le front de phase peut théoriquement s'enrouler un grand nombre arbitraire de fois au cours d'une période optique.

Il offre donc une base considérablement élargie pour le codage des informations par rapport aux états de polarisation de la lumière couramment utilisés, qui se limitent à une base bidimensionnelle. Le multiplexage de l'information dans une telle base de dimension supérieure offrirait la possibilité d'améliorer considérablement l'efficacité des protocoles d'information classiques et quantiques. Par ailleurs, transférer de telles valeurs de moment angulaire à des particules massives est un atout puissant pour les schémas de manipulation optique à l'échelle atomique (c'est-à-dire des pincettes atomiques).

Les chercheurs de l'équipe dirigée par Jacqueline Bloch au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N, CNRS—Univ. Paris-Sud/Paris-Saclay) à Palaiseau, avec des collaborateurs du Laboratoire PhLAM de Lille et de l'Institut Pascal de Clermont-Ferrand, ont rapporté la démonstration d'une nouvelle architecture laser intégrée qui émet de la lumière dans un état chiral, produisant ainsi des tire-bouchons de lumière. L'avantage disruptif de ce microlaser réside dans la possibilité de contrôler l'orientation du tire-bouchon (du sens horaire au sens antihoraire) par des moyens optiques simples. Leurs travaux ont été publiés dans Photonique de la nature .

Afin de générer ces états chiraux de lumière, les chercheurs ont utilisé une approche basée sur deux ingrédients principaux. D'abord, ils ont fabriqué une cavité laser hexagonale formée de six micropiliers couplés. En raison de la symétrie de rotation de leur dispositif, les modes de résonance présentent OAM avec des valeurs bien définies. Deuxièmement, afin de favoriser l'émission depuis les modes optiques horaire ou antihoraire, ce qui nécessite de briser la symétrie de retournement temporel dans le système, ils ont profité d'un couplage technique entre la polarisation et l'OAM de la lumière. Ce couplage permet de générer une émission laser avec une chiralité nette en utilisant une pompe optique polarisée circulairement. Par conséquent, ce nouveau microlaser émet une lumière cohérente dans le sens horaire ou antihoraire selon la polarisation circulaire de la pompe optique.

Le schéma très général proposé et mis en œuvre dans ce travail ouvre la voie à la réalisation de nouvelles générations de microlasers émettant de la lumière chirale qui pourraient être utilisées pour coder des informations dans la base du moment angulaire orbital.