Nouveau mode de diffusion de la lumière dans de minuscules fibres optiques
Ces microfibres optiques sont des fibres de verre effilées 50 fois plus fines qu’un cheveu, au diamètre proche voire inférieur au micromètre. Pour les produire, des chercheurs du Laboratoire Charles Fabry ont chauffé et étiré des fibres optiques utilisées pour les télécommunications et mesurant 125 micromètres de diamètre. La suite de l’étude s’est déroulée à l’institut Femto-ST, à Besançon. En injectant un faisceau laser dans ces fines mèches de verre, des chercheurs du CNRS ont observé, pour la première fois, un nouveau mode de diffusion Brillouin de la lumière, impliquant des ondes acoustiques haute fréquence de surface. Cette découverte a ensuite été confirmée par une simulation informatique qui a permis de vérifier le mécanisme physique en jeu.
Comme le diamètre des microfibres est inférieur à la longueur d’onde de la lumière utilisée (1,5 micromètre, dans l’infrarouge), celle-ci y est extrêmement confinée. Sur son trajet, la lumière fait vibrer de manière infime le matériau, déplaçant la matière de quelques nanomètres. Cette déformation se manifeste par une onde acoustique qui se déplace à la surface de la fibre à 3 400 mètres par seconde, d’après les résultats des chercheurs. L’onde agit en retour sur la propagation de la lumière : une partie du rayonnement lumineux est renvoyée en sens inverse et avec une longueur d’onde différente.
Ce phénomène n’avait jamais été observé jusqu’ici car il se produit uniquement lorsque la lumière est confinée dans une fibre plus fine que sa longueur d’onde. En effet, dans une fibre optique standard, la lumière se propage essentiellement dans le cœur de la fibre, d’un diamètre de 10 micromètres. Par conséquent, elle ne génère pas d’ondes de surface.
Comme elles se déplacent à la surface des microfibres, les ondes générées par le confinement de la lumière sont sensibles aux facteurs de l’environnement tels que la température, la pression ou le gaz ambiant. Cela ouvre la voie à la conception de capteurs optiques très sensibles et très compacts pour l’industrie. Ces résultats contribuent également à approfondir nos connaissances sur les interactions fondamentales entre la lumière et le son, à l’échelle de l’infiniment petit.
www.cnrs.fr
www.femto-st.fr
www.lcf.institutoptique.fr
Si vous avez apprécié cet article, vous aimerez les suivants : ne les manquez pas en vous abonnant à :