Un faisceau de Bessel créé des ondes électromagnétiques à la surface d’un métal

Des physiciens de l’Institut de physique nucléaire Budker (Université d’Etat de Novossibirsk), de l’Université d’Etat Aéronautique de Samara (SGAU) et de l’Institut des systèmes de traitement de l’image (ICOI) de Samara ont réussi à générer des ondes électromagnétiques à la surface d’un métal à l’aide de faisceaux de Bessel pour la première fois.

Dans le domaine de l’optique, deux problématiques attirent tout particulièrement l’attention des chercheurs : les faisceaux avec un moment angulaire orbital (OAM) [1], et les plasmons polariton de surface (SPP). [2]

Le papier, publié dans Physical Review Letters, décrit les faisceaux de Bessel [3] terahertzien et analyse la conversion de vortex optiques [4] en SPP.
Pour ce faire les scientifiques ont utilisés comme source de radiation le laser à électrons libres terahertz de l’Université d’Etat de Novossibirsk, dont la longueur d’onde du faisceau peut être comprise entre 90 et 240 µm. La puissance moyenne de la source, émettant des trains d’onde de 100 ps à une fréquence de 5,6 Mhz, s’élève à 30 W.
Pour générer les SPP, la source fut couplée à l’interface diélectrique-conducteur, tandis qu’un cylindre de verre recouvert d’une couche d’or-ZnS fut utilisé pour séparer l’onde diffractée et les plasmons de surface. De manière surprenante, la transformation des vortex en SPP ne se fit que d’un côté de l’axe optique ; et apparaissent du côté opposé si on change le sens du faisceau.

Pour l’instant les chercheurs ne peuvent donner qu’une explication phénoménologique de ce mécanisme, et des études plus poussées doivent être menées pour avoir une explication physique.

Rédacteur  : Gautier Lamoine

Sources :

[1Concerne la rotation du photon autour d’un axe extérieur à lui-même

[2Les polaritons sont des quasiparticules issues du couplage fort entre une onde lumineuse et une onde de polarisation électrique. Si l’onde de polarisation est un plasmon dans un métal, c’est-à-dire essentiellement l’oscillation mécanique collective du nuage électronique d’un métal. Aux longueurs d’onde susceptibles de supporter des plasmons, l’onde lumineuse ne peut pas pénétrer dans le métal, cependant le couplage peut avoir lieu à l’interface métal/air (ou métal/diélectrique en général). Une telle onde de surface est ainsi appelée plasmon polariton de surface.

[3Champ de radiation électromagnétique dont l’amplitude suit une fonction de Bessel de première espèce.

[4Faisceaux, dont l’énergie s’écoule en spirale autour de la direction de propagation. Projeté sur un plan, un vortex optique ressemble à un anneau de lumière dont le centre est noir.

publié le 29/02/2016

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