08/02/2015

Le Monde selon la PHYSIQUE (PHYSICS WORLD) 2015 ,3-4 1ere partie bis

Je vous ai promis hier   d’apporter ma contribution à l’explication à donner au travail de  Padgett et ses collègues ; j’espère que vous avez été lire le forum  très excité  sur  l’article anglais  ….Personnellement dans ces cas-là, j’ai  immédiatement tendance à aller consulter les publications originales et regarder surtout le dispositif expérimental ( on ne change pas de métier facilement !)  . Vous pouvez a votre choix consulter  SCIENCE  Express (Grande Doc SACLAY   ) ou le retrouver  en version  WEB ; ce que  j’ai fait….. Je trouvais d’abord que  l’article de Jon Cartwright restait bien vague sur  cette notion de  «  photons structurés » . DE FAIT, VOICI EXACTEMENT LES TERMES DES AUTEURS : « we show a reduction of the group velocity of photons in both a Bessel beam and photons in a focused Gaussian beam…..” voir la photo de leur article en fin de texte 

Je suis donc conduit a vous préciser  comment on réalise  un  faisceau de  BESSEL . SOYONS BASIQUES !

  1°/  Tout d abord si nous  libérons dans le vide  un SEUL  photon monochromatique ( une fréquence unique ) la seule  notion qui puisse être déterminée   est  la vitesse à laquelle la phase de l'onde   se   propage dans l'espace…… Et pour la lumière monochromatique  quelle que soit sa fréquence ,la vitesse de phase ,ce sera la valeur c…( mes 2 photos ).

En revanche avec deux  ondes monochromatique sur le même axe , il a  des phénomènes de battements et ma photo vous montre que la vitesse de groupe( les points verts ) est inferieure a la vitesse de phase  (points rouges)

2°/ Pour réaliser  un  train d’ondes monochromatique  et un front d’onde plan  cohérent il faut faire appel au phénomène laser

En réalité créer un front d ondes planes  monochromatique parfait,  c’ est impossible car  cela requiert un train d'ondes de durée infinie   et les lasers ne sont jamais parfaits et s’ « étalent » ,  mais on peut s’en  accommoder   par divers  montages et  avec des approximations ( ma photo)

3°/On va ensuite choisir un dispositif optique à symétrie cylindrique qui  recevant ce front plan produira «  derrière » une ligne de focalisation  plutôt qu'un seul point de focalisation : ils sont dénommés  « axicons ». :cf. ma photo  ci-après

4°/ Les mathématiques montrent  qu’ un tel résultat  est le fruit des solutions canoniques  de l'équation différentielle de Bessel : l’énergie  ondulatoire plane se distribue a la sortie  suivant une forme « amortie »  de halos présentée par ma photo

Pour réaliser    un faisceau focalisé gaussien  il  existe plusieurs façons de  faire ……Historiquement, les faisceaux gaussiens    sont  des solutions de l'équation de propagation dans le cadre de l'approximation paraxiale ou dite encore de GAUSS   . ils  supposent  une faible divergence du faisceau par rapport à son axe de propagation.

 Ma photo vous montre la distribution  gaussienne de l’énergie de sortie : les anneaux disparaissent autour du point focal

 A suivre . ( les autres vitesses de propagation de la lumière )

  photo de la manip des auteurs  : ( copier -coller )Their experiment was configured like a race, with two photons released simultaneously across identical distances towards a defined finish line.

The team compare a beam of light, containing many photons, to a team of cyclists who share the work by taking it in turns to cycle at the front. Although the group travels along the road as a unit, the speed of individual cyclists can vary as they swap position.

‌The group formation can make it difficult to define a single velocity for all cyclists, and the same applies to light. A single pulse of light contains many photons, and scientists know that light pulses are characterised by a number of different velocities.

The researchers found that one photon reached the finish line as predicted, but the structured photon which had been reshaped by the mask arrived later, meaning it was travelling more slowly in free space. 

 vous  pouvez voir les photons Bessel a gauche  et les gauss  a droite  qui arrivent les premiers sur la ligne finale !