Optique Express des recherches récemment publiées démontrant un laser capable de produire un nouveau type de faisceau vectoriel. Ce faisceau dit à ondes vectorielles à 5 degrés de liberté brise le paradigme du faisceau vortex vectoriel conventionnel, ce qui ouvre la voie à la manipulation de nouveaux phénomènes quantiques à classiques pour les communications à haute capacité.

Typiquement, la lumière émise par les lasers standard a un degré de liberté contrôlable qui peut être conféré par la polarisation ou la forme du faisceau. En manipulant convenablement un laser avec l'introduction de composants optiques spécialisés, une sortie à 2 degrés de liberté, tels que les faisceaux vortex vectoriels à polarisation contrôlable et à moment angulaire orbital (OAM). Le terme « vecteur » décrit un changement structuré de la polarisation à travers le faisceau et « vortex » décrit la torsion de la phase dans le faisceau (OAM), un peu comme une tornade. Transcender 2 degrés de liberté à partir d'un laser n'était pas possible. En exploitant la dualité rayon-onde dans un laser à fréquence dégénérée, une poutre vectorielle avec 5 degrés de liberté peut maintenant être sélectionnée.

Le concept de dualité rayon-onde à l'intérieur des lasers peut être décrit comme un modèle d'onde de mode associé à une trajectoire de rayon périodique. Un laser standard a un modèle de mode qui oscille entre le centre de deux miroirs sur une trajectoire rectiligne perpendiculaire aux miroirs. Cependant, dans le cas d'une trajectoire périodique, le diagramme de mode oscille également entre deux miroirs mais suit un chemin non perpendiculaire, semblable à un motif en zigzag. Des études antérieures n'ont rapporté que sur une seule trajectoire avec une certaine taille transversale; cependant, ce travail a démontré la sélection de deux trajectoires avec des tailles transversales et des phases oscillantes différentes, associée à une transformation astigmatique. Cette sortie exotique constitue 4 degrés de liberté, à savoir, nombre périodique (nombre de rayons), indice transverse (nombre de rayons de sortie), phase oscillante, et degré d'astigmatisme. Il en résulte une sortie à structure vectorielle et à son tour, le cinquième degré de liberté. Avec ça, la sortie est transformée en une trajectoire tordue en convertissant l'indice transversal en un indice possédant un moment angulaire orbital avec un convertisseur de mode astigmatique externe.

Surtout, cette sortie structurée en ondes de rayons est dite non séparable, semblable à la description de la mécanique quantique des états intriqués, dans l'angle d'orientation entre les indices transversaux. "Nous pensons qu'il contient une grande nouveauté, parce que la création de tels ultra-degrés de liberté, la lumière vectorielle est très bénéfique pour décrire et explorer davantage les phénomènes physiques fondamentaux tels que les effets Hall de spin optique pour étendre de nouvelles applications dans les pincettes optiques et les communications et pour manipuler de nouveaux états classiques de type quantique, " dit le Dr Shen.

La démonstration expérimentale provient d'une cavité laser autrement "vide", l'absence de composants optiques spécialisés. Cela présente un avantage supplémentaire en ce que le laser se compose d'une architecture simple, produit encore un faisceau vectoriel avec 5 degrés de liberté, bien au-delà d'une avance incrémentale. "Le nombre de rayons dans la sortie torsadée peut être facilement manipulé par un contrôle minutieux des paramètres laser tels que la distance entre les miroirs et la position de la pompe, qui fournit un simple, solution à la source compacte et élégante, " dit le Dr Darryl Naidoo du CSIR.

"L'Afrique du Sud et la Chine sont déjà partenaires dans le cadre des BRICS, avec des plans pour un centre de photonique virtuel à établir dans le cadre de ce programme. Le présent travail a mis en évidence ce qui est possible en rassemblant les équipes des meilleurs instituts en Chine (Tsinghua U.) et en Afrique du Sud (CSIR et U. Witwatersrand). Nous espérons que de telles initiatives collaboratives pourront se poursuivre à l'avenir, " déclare le professeur Andrew Forbes de l'Université WITS.

Le concept du laser est susceptible d'attirer l'intérêt des communautés académiques et industrielles. Cette sortie promet d'étendre de manière pratique les applications dans l'espace des faisceaux vectoriels et le fait d'avoir de tels faisceaux à la demande d'un laser ouvrira certainement de nouveaux domaines d'application.