COMPRENDRE les faisceaux NON-diffractants
et la baisse drastique d’ intensité utile qui en résulte en fait un choix technique souvent peu pertinent pour les applications.
SPÉCIFICITÉS D’ UN FAISCEAU NON-DIFFRACTANT En plus de sa longueur contrôlable de manière semi-indépendante de son diamètre, un faisceau non-diffractant présente deux autres propriétés particulièrement remarquables: i) l’ énergie est délivrée « par le côté », tout au long de sa formation, ce qui lui confère ii) une robustesse aux perturbations. Il est ici utile d’ insister sur le fait que ce type de faisceau ne se « propage » pas, mais se forme progressivement le long de l’ axe optique.
Energie délivrée « par le côté »: les lobes servent de réservoir d’ énergie Nous avons vu qu’ un faisceau quasi-non-diffractant est fondamentalement formé par un phénomène d’ interférence. Géométriquement, il est évident que le début du faisceau de Bessel( z faibles) est formé par interférence de la partie centrale du faisceau incident, tandis que la fin( z élevés) est formée par la région périphérique. Néanmoins, la totalité de l’ énergie du faisceau est contenue dans chaque plan z, somme de l’ énergie contenue dans le cœur et de celle contenue dans les lobes. L’ énergie est ainsi délivrée « par le côté », tout au long de la formation du faisceau: les lobes dans un plan z donné agissent comme un réservoir d’ énergie permettant de former le cœur du faisceau de Bessel dans un plan z plus éloigné.
Pour un faisceau de Bessel théorique, infini latéralement et donc contenant un nombre infini de lobes, la fraction d’ énergie contenue dans le cœur tend vers zéro et n’ a donc aucune pertinence. Pour un faisceau de Bessel-Gauss réel, le nombre de lobes est fini et leur intensité s’ atténue beaucoup plus rapidement, de sorte que, dans un plan donné, l’ énergie contenue dans le cœur du faisceau peut être non négligeable et atteindre si besoin quelques dizaines de pourcents de l’ énergie totale contenue dans le faisceau.
Robustesse aux obstacles: propriétés d’ auto-reconstruction Le fait que l’ énergie soit apportée au cœur du faisceau de Bessel par les lobes lui confère de remarquables propriétés de stabilité, même en présence de fortes perturbations( Figure 2). Si un obstacle opaque se trouve sur le trajet du faisceau de Bessel, une partie du faisceau est occultée( zone d’ ombre). Cependant, la partie des ondes planes épargnées par l’ obstacle restent capables d’ interférer plus loin, de sorte que le faisceau de Bessel se forme encore
FABRICATION DE COMPOSANTS NANOPHOTONIQUES après cette zone d’ interruption, exactement de la même façon que le faisceau initial, comme si l’ obstacle n’ était pas présent. Le faisceau « réapparait » donc après l’ obstacle et semble ainsi s’ auto-reconstruire(‘ self-healing’) [ 4 ]. Il subit néanmoins quelques modulations longitudinales d’ intensité, ainsi qu’ une perte nette d’ énergie transportée.
Si l’ obstacle n’ est pas centré sur l’ axe ou qu’ il en existe plusieurs, la « reconstruction » du faisceau se produit de la même façon. Cette spécificité fait des faisceaux de Bessel un outil idéal pour des applications de piégeage et de manipulation de particules multiples le long de l’ axe optique [ 5 ] ou encore comme outil d’ éclairage uniforme sur de longues distances pour des applications
Les faisceaux non-diffractants ouvrent une nouvelle méthodologie pour fabriquer, avec une grande flexibilité, des métamatériaux totalement intégrés à l’ intérieur de n’ importe quel matériau optique transparent. En réalisant de judicieux arrangements de nanocanaux de longueur et diamètre ajustables grâce à des faisceaux de Bessel, il est possible de fabriquer des composants nanophotoniques en 3D. La figure présente un métaprisme, réalisé par laser ultrabref à l’ intérieur d’ un verre de silice standard( impossible à réaliser par nanolithographie, process efficace uniquement à la surface de matériaux spécifiques). L’ absence locale et contrôlée de matière crée, par moyennage spatial, un indice effectif ajustable permettant de concevoir et réaliser à façon un composant, ici capable de dévier un faisceau de lecture [ 11 ].
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