Les applications modernes telles que la microscopie haute résolution ou le traitement des matériaux à l'échelle micro ou nanométrique nécessitent des faisceaux laser personnalisés qui ne changent pas pendant la propagation. Cela représente un immense défi car la lumière s'élargit généralement pendant la propagation, un phénomène connu sous le nom de diffraction. Les champs lumineux dits invariants à la propagation ou non diffractants ne semblent donc pas possibles à première vue. S'il était possible de les produire, ils permettraient de nouvelles applications telles que la microscopie optique à disque ou la découpe laser, fraisage ou perçage avec des rapports d'aspect élevés.

Une équipe de recherche internationale des universités de Birmingham (Royaume-Uni), Marseille (France) et Münster (Allemagne) ont réussi pour la première fois à créer des faisceaux arbitraires non diffractants. « Nous mettons en œuvre une démarche inspirée de la nature, dans laquelle toute structure d'intensité souhaitée peut être spécifiée par ses limites, " explique l'un des auteurs de l'étude, Prof. Cornelia Denz de l'Institut de Physique Appliquée de l'Université de Münster. Les auteurs exploitent intelligemment les structures lumineuses que l'on peut voir dans les arcs-en-ciel ou lorsque la lumière est transmise à travers des verres à boire :des structures de rayons spectaculaires nommées caustiques. Ce sont des lignes de mise au point lumineuses qui se chevauchent, et ainsi construire des réseaux qui peuvent être exploités pour une propagation non diffractante. L'équipe a développé une méthode pour utiliser ces caustiques comme base pour la génération de structures arbitraires, et a ainsi créé une manipulation intelligente de la propagation des rayons. De cette façon, d'innombrables nouveaux types de faisceaux laser peuvent être formés à l'échelle micrométrique, ouvrant des perspectives complètement nouvelles dans le traitement des matériaux optiques, transmission de signaux multidimensionnels ou imagerie haute résolution avancée.

Il y a quelques années à peine, il était possible de réaliser quelques champs lumineux qui présentent ces propriétés non diffractantes, même si l'idée théorique est plus ancienne :des structures en anneau concentriques comme le faisceau de Bessel pourraient être produites de manière invariante à la propagation. La théorie prédit toute une classe de faisceaux dont la forme transversale est générée sur des trajectoires elliptiques ou paraboliques et représentent des solutions naturelles de l'équation des ondes. Bien qu'il y ait depuis longtemps un besoin pour de tels faisceaux lumineux personnalisés avec ces propriétés, elles n'ont guère été réalisées expérimentalement car l'invariance de la structure d'intensité transverse doit être maintenue lors de la propagation.