Le vortex optique joue un rôle de plus en plus important dans le traitement de l'information optique. En tant que porteur d'informations, il améliore la capacité des canaux et offre un aspect indépendant pour l'analyse, différent de la polarisation, intensité, phase, et chemin. Un nouveau degré de liberté d'encodage et de chiffrement des informations optiques peut être fourni via l'optique non linéaire, utilisant des faisceaux vortex appelés azimutons, qui portent un moment angulaire orbital et peuvent maintenant être amenés à présenter un modèle de conversion mutuelle connu sous le nom d'oscillation de Rabi.

Un effet quantique nommé d'après le lauréat du prix Nobel de physique 1944 Isidor Rabi, L'oscillation de Rabi désigne un mouvement périodique - une sorte de basculement - entre deux niveaux d'énergie différents en présence d'un champ oscillatoire moteur. L'effet est également étudié en photonique, où le champ d'entraînement oscillatoire peut être imité par une légère modulation longitudinale périodique du changement d'indice de réfraction du milieu. Jusqu'à maintenant, Les oscillations de Rabi ont surtout été étudiées dans des systèmes linéaires, mais les phénomènes les plus intéressants ont tendance à apparaître dans le domaine non linéaire.

Les azimutons présentent une rotation constante lors de la propagation, mais ils sont généralement instables, ils se désintègrent donc généralement au cours du processus de propagation. Une solution à ce problème d'instabilité se trouve dans la non-linéarité, comme proposé par une équipe de recherche dirigée par Yiqi Zhang de l'Université Xi'an Jiaotong, qui a récemment démontré des guides d'ondes faiblement non linéaires qui garantissent la propagation stable des azimuts. Leur rapport est publié dans Photonique avancée .

Non linéaire, guide d'onde multimodal :de la rotation à l'oscillation

L'équipe a déterminé des exigences spécifiques pour une faible non-linéarité :(1) les changements d'indice induits linéaires et non linéaires sont faibles par rapport à l'indice de réfraction ambiant, et (2) le changement d'indice non linéaire induit est beaucoup plus petit que le changement linéaire. Leurs investigations théoriques ont démontré que la profondeur du potentiel induit est étroitement liée à la taille transversale du guide d'ondes. Cela indiquait que les fibres optiques multimodes pouvaient être utilisées pour obtenir un puits d'énergie potentielle profond qui permettrait également une modulation peu profonde.

Avec ces éléments à l'esprit, Zhang et ses collègues ont développé un guide d'ondes faiblement non linéaire qui est explicitement multimode. Ils ont associé différents modes avec différentes distributions modales. En introduisant un déphasage et une modulation d'amplitude à un mode, puis en superposant l'autre, ils ont obtenu un vortex modulé en azimut. Grâce à la présence de non-linéarité et d'une faible modulation périodique longitudinalement au potentiel, le vortex modulé en azimut tourne avec une vitesse angulaire fixe pendant la propagation et présente une oscillation de Rabi (flop) entre les deux modes.

Les auteurs ont noté que la symétrie spatiale du faisceau de propagation changera périodiquement au cours du processus. Selon la théorie des modes couplés, Les oscillations de Rabi sont principalement affectées par la force de modulation longitudinale et la symétrie spatiale des azimuts superposés. Sans modulation longitudinale, l'azimut tourne à vitesse constante et son profil est conservé. Mais, avec une légère modulation longitudinale, une conversion mutuelle de différents azimuts peut être observée lors de la propagation :les oscillations de Rabi.

Auteur principal Yiqi Zhang, professeur agrégé à l'École des sciences et de l'ingénierie électroniques de l'Université Xi'an Jiaotong, remarques, "Étant donné que notre modèle prend en charge des azimutons d'ordre supérieur avec des charges topologiques plus élevées, il existe de nombreux choix pour sélectionner le moment angulaire orbital porté par les faisceaux lumineux. Cependant, l'oscillation de Rabi ne peut se produire qu'entre des azimuts avec certains profils. Nous avons maintenant quelques idées pour surmonter cette limitation, nous allons donc continuer nos investigations."

Variétés de tourbillons

Au-delà de sa promesse d'améliorer le traitement optique de l'information, la démonstration des oscillations de Rabi des azimuts contribue à une meilleure compréhension de la dynamique de rotation des tourbillons et du rôle inhérent de la non-linéarité dans la régulation de cette dynamique. Intrigué par la manipulation du champ spatial dans les systèmes optiques non linéaires, les auteurs notent que leurs découvertes sont importantes pour des avancées potentielles en photonique, par exemple dans des guides d'ondes hélicoïdaux ou des isolants topologiques. Plus généralement, leurs connaissances peuvent contribuer à une meilleure compréhension de phénomènes quotidiens tels que les cyclones ou les tornades, ou des tourbillons se formant dans le sillage d'un avion.