Un étudiant diplômé du Technion a établi un nouveau record du monde en résonance lumineuse, battant le précédent record établi par un lauréat du prix Nobel.
Un résonateur est un appareil qui piège les ondes et les améliore en les faisant rebondir sur les surfaces.
Les guitares, par exemple, font résonner les ondes sonores produites en grattant les cordes de l’instrument, amplifiant le son produit.
Mais les résonateurs existent aussi pour les ondes lumineuses, agissant en effet comme un transistor au sein de systèmes basés sur l’optique.
Ils peuvent être constitués de deux surfaces seulement, faisant rebondir l’onde entre elles, mais plus il y a de surfaces ajoutées, plus la résonance est obtenue. L’ultime est donc de créer une sphère parfaite, créant des surfaces dans toutes les directions à l’intérieur d’un objet tridimensionnel.
À ce stade, la création d’un résonateur passe d’une question de physique à une question d’ingénierie, car même une tige tenant la sphère peut créer une distorsion qui réduit l’impact du résonateur.
Selon le Technion, le premier micro-résonateur au monde a été démontré dans les années 1970 par Arthur Ashkin, lauréat du prix Nobel de physique 2018, qui a présenté un résonateur flottant. Pourtant, malgré le succès de son innovation, la direction de la recherche a été rapidement abandonnée.
L’étudiant diplômé Jacob Kher-Alden, sous la supervision du professeur Tal Carmon, s’est appuyé sur le travail d’Ashkin, créant un résonateur flottant qui peut présenter une amélioration de la résonance par dix millions de circulations de lumière, contre environ 300 circulations dans le résonateur d’Ashkin.
«Si nous prenons une lumière d’une puissance d’un watt, semblable à la lumière du flash d’un téléphone portable, et que nous la laissons tourner entre ces miroirs, la puissance lumineuse sera amplifiée à environ un million de watts, égale à la consommation d’électricité d’un grand quartier de Haïfa, en Israël « , a déclaré Carmon. » Nous pouvons utiliser le rendement lumineux élevé, par exemple, pour stimuler diverses interactions lumière-matière dans la région entre les miroirs. »
Cela se produit par un photon de lumière dans le résonateur faisant dix millions de voyages circulaires alors qu’il rebondit à l’intérieur, mais lorsque la matière « enregistre » chaque passage du photon comme une particule de lumière, elle réagit comme si cette particule était 10 millions de particules passant. à travers une seule fois.
Le résonateur utilisé par Kher-Alden est constitué d’une goutte d’huile hautement transparente d’environ le quart de l’épaisseur d’un cheveu humain, maintenue dans l’air à l’aide de la lumière. De cette façon, la goutte est maintenue sans aucun support matériel, ce qui élimine les distorsions dans la sphère. La technique est connue sous le nom de «forceps optique».
« Cette invention optique ingénieuse, la pince optique, est beaucoup utilisée dans les sciences de la vie, la chimie, les dispositifs à micro-flux et plus encore, et ce sont précisément les chercheurs en optique qui l’utilisent peu – un peu comme le cordonnier marchant pieds nus », a déclaré Carmon .
«Dans la présente étude, nous montrons que les pinces optiques ont un potentiel énorme dans le domaine de l’ingénierie optique. Il est possible, par exemple, de construire un circuit optique en utilisant plusieurs pinces optiques qui tiennent de nombreux résonateurs et contrôlent la position des résonateurs et leurs forme selon les besoins. »
Les proportions microscopiques de la gouttelette augmentent également l’intégrité de la sphère, car à cette échelle, la gravité a un effet minimal sur la tension superficielle de la gouttelette. Et tandis que la gouttelette est maintenue dans un faisceau laser, elle reçoit la lumière d’une autre fibre, qui la reçoit également après son passage dans le résonateur. En prenant des lectures de la lumière dans la fibre, les chercheurs ont pu comprendre ce qui se passait à l’intérieur de la gouttelette. Les résultats montrent un record mondial d’amplification de la lumière: 10 000 000 rotations qui traversent une section transversale d’environ un micron carré, augmentant la lumière 10 millions de fois.
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