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Contrôler une assemblée de vortex optiques avec un seul défaut de cristal liquide

18 avril 2012

LOMA - UMR 5798

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Disposant, avec le laser, d’un faisceau lumineux « parfait », les physiciens s’attachent maintenant à le sculpter à de nombreuses fins : manipuler la matière sans contact de l’atome à la microparticule, structurer la matière à trois dimensions, ou encore développer de nouvelles méthodes de microscopie haute résolution. Réaliser des zones obscures au cœur d’un faisceau laser est un des types de structuration à fort potentiel applicatif. Pour ce faire, on insère généralement dans son trajet un défaut artificiel inscrit dans un matériau transparent ; ceci donne naissance à un défaut topologique dans la phase de l’onde lumineuse nommé « vortex optique ». Un physicien du Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine (LOMA – CNRS / Univ. Bordeaux 1) vient de montrer que l’utilisation d’un seul défaut matériel de type « ombilic », qui résulte de l’auto-organisation d’un film de cristal liquide soumis à un champ électrique, permet de générer à l’échelle micrométrique plusieurs vortex optiques, de nombre ajustable et organisés sur les diagonales d’un carré dont l’orientation est elle aussi contrôlable. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

Pour arriver à ses fins, le physicien bordelais utilise un film de cristal liquide nématique épais de 30 micromètres, soit moins que le diamètre d’un cheveu. Lorsqu’on applique une tension électrique de l’ordre du volt entre les deux faces de ce film, un grand nombre de défauts sont créés. Rapidement, la plupart de ces défauts s’annihilent deux à deux et il n’en reste plus que quelques-uns par centimètre carré. L’insertion d’un de ces défauts dans le trajet d’un faisceau lumineux se traduit par la naissance d’une collection de vortex optiques. Pour une faible tension appliquée, les vortex sont au nombre de quatre et situés aux sommets d’un carré. En augmentant la tension, de nouveaux vortex, toujours disposés selon des carrés, apparaissent progressivement et s’emboîtent les uns dans les autres. De plus les assemblées de vortex optiques obtenues peuvent être collectivement tournées à volonté en jouant sur l’état de polarisation de la lumière, sans avoir à modifier le défaut de cristal liquide. Ces observations expérimentales sont en parfait accord avec les prédictions théoriques.

En savoir plus

Tunable optical vortex arrays from a single nematic topological defect , E. Brasselet, Phys. Rev. Lett. 108, 087801 (2012).

Contact chercheur

Etienne Brasselet, chercheur

Informations complémentaires

Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine :

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Karine Penalba,
inp-communication cnrs-dir.fr