Les tourbillons d'eau, les cercles de fumée, les tornades violentes et les galaxies spirales sont tous des exemples de torsions dans les fluides, bien que très différents les uns des autres. Des rebondissements analogues, mais dans le domaine de la lumière, ont été créés par le groupe de recherche coordonné par Antonio Ambrosio à l'IIT-Istituto Italiano di Tecnologia (Institut italien de technologie), à ​​Milan (Italie). Les résultats, publiés dans la revue Nature Photonics , montrent la réalisation de 100 tourbillons de lumière, couplés pour former une structure ordonnée, un cristal de lumière.

L'interaction mutuelle de la lumière et des matériaux nanostructurés est au centre des recherches d'Antonio Ambrosio, chercheur principal de la ligne de recherche Vectorial Nano-imaging à l'IIT de Milan et bénéficiaire du projet ERC Consolidator "METAmorphoses".

Des générateurs de lumière torsadés ont été développés au cours des dernières années, mais ils créent généralement un seul vortex se propageant seul dans l'espace libre. Les chercheurs de l'IIT ont plutôt montré qu'il était possible de créer 100 tourbillons de lumière, couplés dans un cristal de lumière ordonné.

Le groupe de Milan comprend également le doctorat. l'étudiant Michael de Oliveira et le chercheur Marco Piccardo, également premier auteur de l'article. Leurs résultats montrent comment une surface nanostructurée peut être utilisée comme masque pour contrôler simultanément tous les paramètres de plusieurs faisceaux laser, et pas seulement leur intensité. Le groupe a montré que cela était possible en concevant un réseau de métasurfaces, c'est-à-dire des dispositifs optiques nanostructurés, qui moulent le faisceau lumineux dans un espace 100 fois plus fin qu'un cheveu humain. Les métasurfaces réalisées façonnent le front d'onde de la lumière comme un tire-bouchon, générant un vortex optique.

L'insertion du réseau de métasurface à l'intérieur d'une cavité laser, où la lumière rebondit en permanence entre deux miroirs, ouvre la porte à de nouvelles propriétés, telles que l'auto-guérison d'un défaut dans le système ou la reconfigurabilité du nombre de torsions que la lumière fait. De telles propriétés résultent de l'interaction entre différents tourbillons du cristal :chaque tourbillon est en fait modélisé par l'interaction avec d'autres tourbillons d'un réseau accordable.

La possibilité d'ajuster le nombre de torsions à la demande est une caractéristique unique du laser à métasurface. Bien que les dispositifs aient une conception fixe et ne puissent générer qu'un seul type spécifique de vortex optique dans l'espace libre, lorsqu'ils sont insérés dans une cavité laser, les propriétés des vortex - appelées leur topologie - peuvent être modifiées en réglant simplement un miroir de cavité. Cette fonctionnalité pourrait être utilisée pour moduler dynamiquement la lumière en communiquant des informations utiles dans les torsions pour les communications optiques.

Le système développé à Milan est robuste et il a également le potentiel de traiter des informations codées dans différents systèmes couplés, y compris des galaxies lointaines et énormes. Grâce à ces nouveaux résultats, il est désormais possible de simuler en laboratoire des systèmes couplés complexes, à l'ordre altéré par des défauts stables, difficilement reproductibles autrement car impliquant des échelles gigantesques, comme les galaxies, ou faisant partie de systèmes hydrodynamiques extrêmes.

Dans les prochaines étapes, les chercheurs étudieront comment régler la force de l'interaction entre les tourbillons et étendre le système à un nombre encore plus grand de tourbillons. + Explorer plus loin

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