De nouvelles recherches montrent que des impulsions laser ultrarapides peuvent créer des structures tourbillonnantes en forme d’anneaux de fumée qui, lorsqu’elles sont connectées les unes aux autres, peuvent transporter et transmettre des informations d’image simples. Cette découverte apporte de nouvelles possibilités dans le domaine des communications optiques et de la transmission d'informations.
Dans le passé, les vortex n'étaient généralement observés que dans l'eau et l'air, mais une équipe de recherche dirigée par Howard Milchberg de l'Université du Maryland a découvert que des structures de vortex similaires peuvent également se former dans des faisceaux lumineux, appelés anneaux de vortex. Dans cette structure, les particules de lumière (ou photons) se tordent et tournent comme des particules d’air dans un anneau de fumée.
Milchberg a souligné qu'avec la popularité croissante de la technologie permettant de créer des vortex dans la lumière, les perspectives d'application de cette structure sont très larges. "Ce domaine se développe rapidement et de nouvelles utilisations de ces structures en optique sont explorées. Parmi elles, la capacité de transport d'informations est un aspect particulièrement préoccupant."
Pour réaliser l’anneau vortex laser, l’équipe de recherche a réussi à donner à l’impulsion laser une forme de beignet et les caractéristiques de rotation d’un anneau de fumée en ajustant avec précision l’intensité et la phase de la lumière.
La lumière est une onde électromagnétique dont la phase détermine la position de chaque partie de l'onde lors de son oscillation. Étant donné que ces impulsions laser durent moins d’un millionième de seconde, les formes et caractéristiques souhaitées ne peuvent être créées que si on leur donne une valeur de phase spécifique à un moment précis.
Au cours de l'expérience, l'équipe a utilisé une série de lentilles, des cristaux striés et un « modulateur spatial de lumière » semblable à un petit projecteur pour délivrer des impulsions laser. Lorsque les impulsions traversent ces appareils et atteignent le détecteur, elles prennent la forme d'une chaîne d'anneaux de vortex, appelées « chaînes de vortex espace-temps ». Le plus grand anneau vortex construit par l’équipe se compose de 28 anneaux vortex différents.
Ensuite, les chercheurs ont codé l’image de leur logo dans une chaîne de propriétés d’anneaux vortex. Pour preuve de principe, ils ont réussi à transmettre une image de 16 384 pixels à l’aide d’une chaîne de 16 vortex. Cependant, ils prévoient que dans d'éventuelles expériences futures, une chaîne contenant 28 anneaux de vortex constituerait une méthode plus efficace pour transmettre de grandes quantités d'informations en peu de temps.
Créer des tourbillons en forme de beignet avec de la lumière nécessite un haut degré de précision et une attention aux détails, explique Alan Willner de l'Université de Californie du Sud. Cependant, l’équipe de recherche a fourni des lignes directrices de type « recette » qui aideront à créer davantage de types différents de structures vortex à l’avenir.
Actuellement, des groupes de recherche du monde entier tentent de concevoir diverses lumières structurées intéressantes pour explorer leur valeur d’application potentielle. À l’avenir, les scientifiques apporteront davantage de nouvelles avancées dans différentes lumières structurées.
