Mesurer en temps réel à la fois l'intensité et la phase de la lumière
Publié par Redbran le 10/10/2018 à 12:00
Source: CNRS-INP
Mesurer à la fois l'intensité et la phase d'un signal optique unique avec une grande résolution et sur une large fenêtre temporelle.

Des physiciens viennent de mettre au point un dispositif permettant de mesurer l'intensité et la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) d'une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) lumineuse (éventuellement aléatoire) sur une durée de plusieurs dizaines de picosecondes et avec une résolution temporelle de 80 femtosecondes.


Vue artistique de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) ultrarapide d'ondes lumineuses aléatoires observée à l'aide d'une lentille temporelle. La lentille temporelle hétérodyne (La détection hétérodyne consiste à transposer l'énergie d'une partie du spectre à plus basse fréquence (dite « intermédiaire ») avant de la détecter. Ce signal est...) et l'holographie (L'holographie du visible est un procédé de photographie en trois dimensions utilisant les propriétés de la lumière cohérente issue des lasers. Le mot...) temporelle permettent l'enregistrement de la phase et de l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) avec une résolution de l'ordre de 80 fs. © Anastasia Lukina

Les techniques d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression...) temporelle permettent de mesure l'évolution temporelle de la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) lumineuse avec une résolution de l'ordre de plusieurs centaines de femtosecondes et sur une durée de plusieurs centaines de picosecondes. Dans de nombreuses applications, il est toutefois nécessaire de disposer non seulement de l'intensité du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes pour...) lumineux, mais aussi de sa phase.

En combinant l'approche des lentilles temporelles avec une mesure hétérodyne, des physiciens du Laboratoire Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) des lasers, atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) et molécules (PhLAM, CNRS/Univ. Lille) ont conçu et démontré une nouvelle approche permettant de mesurer en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel à la fois l'intensité et la phase de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) avec une résolution de 80 femtosecondes et sur une durée de plusieurs dizaines de picosecondes. Un encodage spatial leur a permis de capturer le signal comme une image à deux dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est...), l'un des axes correspondant à l'amplitude des quadratures et l'autre à l'évolution temporelle. Ce travail est publié dans la revue Nature Photonics.

En permettant la mesure ultrarapide de l'amplitude et de la phase du champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace...), le développement de ces nouveaux dispositifs de mesures ouvre la voie à de nouvelles études fondamentales d'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de...) et d'optique non linéaire statistique, notamment la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation et l'orientation...) optique.

Référence publication:
Single-shot measurement of phase and amplitude by using a heterodyne time-lens system and ultrafast digital time-holography
A. Tikan, S. Bielawski, C. Szwaj, S. Randoux et P. Suret
Nature Photonics (2018), doi:10.1038/s41566-018-0113-8

Contact chercheur:
Pierre Suret, Professeur à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) de Lille et chercheur au PhLAM

Informations complémentaires:
Laboratoire Physique des lasers, atomes et molécules (PhLAM, CNRS/Univ. Lille)
Centre d'études et de recherches lasers et applications(CERLA, Univ. Lille)
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