Des chercheurs de l'Institut de technologie de Pékin ont développé un manipulateur photonique TAM qui utilise efficacement le moment cinétique des photons, ouvrant ainsi de nouvelles voies pour la transmission de données, le cryptage et le traitement du signal quantique. La nouvelle technologie permet une identification efficace et un contrôle en temps réel des modèles de moment cinétique.
Les objets en rotation portent un moment cinétique, une propriété qui s'étend aux plus petites particules, comme les photons. Les photons possèdent deux formes différentes de moment cinétique : le moment cinétique de spin (SAM) et le moment cinétique orbital (OAM). Le moment cinétique de rotation danse entre deux valeurs propres, représentant la polarisation circulaire gauche et droite, tandis que le moment cinétique orbital a un nombre infini de valeurs propres, correspondant à la phase spirale. Lorsque SAM est combiné avec OAM, nous assistons à l'émergence du « moment angulaire total » (TAM), une boîte à outils photonique avec un large éventail d'applications, couvrant le lidar, le traitement laser, les communications optiques, l'informatique optique, l'information quantique, etc.
Tout comme l'OAM a apporté des changements révolutionnaires dans le domaine, l'identification efficace et le contrôle en temps réel des modèles TAM constituent également la clé des applications révolutionnaires du TAM. Cependant, les méthodes existantes pour identifier les états TAM des photons présentent des limites, notamment une plage dynamique limitée, une faible précision d’identification et l’incapacité d’ajuster les filtres à la volée. Ces contraintes limitent la progression du développement et de l’application de TAM. Extraire le motif TAM souhaité à partir d’un faisceau de photons reste un mystère non résolu.
Selon le magazine Advanced Photonics, des chercheurs de l'Institut de technologie de Pékin ont développé un manipulateur photonique TAM qui supprime les obstacles et permet la manipulation à la demande des SAM et des OAM. Leur approche implique une cascade symétrique de deux unités similaires : un répartiteur TAM et un onduleur TAM. Ces unités sont constituées d'éléments optiques spécialisés appelés décompresseurs et correcteurs.
Nous pouvons considérer le manipulateur photonique TAM comme un chef d’orchestre dirigeant un orchestre symphonique de lumière. Le séparateur TAM convertit le faisceau entrant en une combinaison de franges disposées spatialement, chaque frange représentant un motif TAM. Le filtre spatial commence à fonctionner, décidant quels modèles TAM doivent être conservés et lesquels doivent être bloqués. Enfin, l'inverseur TAM ramène le faisceau séparé dans le domaine spatial pour compléter la symphonie. Ce processus de conversion mappe le faisceau incident du domaine spatial vers le « domaine de position-TAM », permettant le filtrage avant la conversion vers le domaine spatial.
La démonstration expérimentale rapportée par les chercheurs soutient l'identification de jusqu'à 42 modèles TAM individuels. Les résultats de la recherche montrent que TAM présente de bonnes performances de sélection d'état et est donc particulièrement attrayant pour la transmission de données à grande vitesse et de grande capacité et pour les systèmes de cryptage photonique de haute sécurité. Il ouvre également de nouvelles perspectives sur le calcul photonique haute fidélité et le traitement des signaux radar quantiques.