Phénomène optique aux multiples applications, la polarisation de la lumière passe par l'utilisation de composants macroscopiques tels que des lames de cristaux biréfringents. Afin de descendre à plus petites échelles et d'obtenir de nouvelles possibilités de
maîtrise de la
polarisation, des chercheurs de l'
institut FEMTO-ST ont conçu des nano-antennes hélicoïdales en
carbone recouvertes d'or. Selon ces travaux publiés dans la revue
Light Science and Applications, ces antennes peuvent être combinées et permettre de nouvelles possibilités dans le
contrôle de la polarisation de la
lumière.
Nano-antennes hélicoïdales vues au microscope électronique à balayage. Chaque hélice, en carbone recouvert d'or, est couplée à une nano-ouverture rectangulaire gravée dans une couche d'or déposée sur un substrat en verre. Insert: image au microscope optique du rayonnement lumineux de la structure (aux longueurs d'onde 1500 nm).
© FEMTO-ST
Les ondes lumineuses possèdent une direction de propagation, mais aussi une orientation de leur ondulation. La polarisation de la lumière consiste à privilégier une orientation particulière de l'ondulation, un phénomène généralement obtenu en faisant passer la lumière au travers d'une fine lame de
cristal biréfringent. Or ce système reste relativement rigide et se miniaturise mal. Des chercheurs de l'Institut
FEMTO-ST (CNRS/Université Technologique Belfort-Montbéliard/Université de Franche-Comté/ENSMM) ont conçu une nano-antenne capable non seulement de manipuler l'état de polarisation de la lumière à très petite échelle, mais offre également un contrôle inédit de l'opération.
Leur dispositif miniature est formé du couplage d'une nano-hélice en carbone, recouverte d'une fine couche d'or, à une nano-ouverture creusée dans un film d'or déposé sur un substrat de verre (dispositif réalisé dans la salle blanche MIMENTO qui fait partie du réseau
RENATECH coordonné par le CNRS). Une illumination de la nano-ouverture par le dessous, à travers le substrat, provoque une
oscillation collective des électrons libres du métal, ce qui aboutit à l'excitation d'états très confinés de la lumière appelés plasmons. En se propageant le long de l'hélice, les plasmons ainsi générés prennent la forme d'un vortex (un tourbillon) qui se convertit en bout d'hélice, de façon contrôlable et accordable, en un faisceau lumineux directif polarisé circulairement ou elliptiquement selon l'
enroulement de la nanostructure. En disposant ces nano-antennes sur une
surface de quelques micromètres au
carré, les chercheurs contrôlent la polarisation lumineuse à la carte, selon des règles non permises par les optiques de polarisation conventionnelles, telles que les lames de cristaux biréfringents.
Références:
M. Wang, R. Salut, H. Lu, M-A. Suarez, N. Martin and T. Grosjean. Subwavelength polarization optics via individual and coupled helical traveling-wave nanoantennas. Light: Sci. Appl., 2019, 8 (76), pp 1-8.
DOI: 10.1038/s41377-019-0186-2