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by tomxuxu
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Feb 10, 2017 | 580 views | 0 0 comments | 51 51 recommendations | email to a friend | print | permalink

Les photons, particules associées à la stylo laser lumière, sont porteurs d'un moment angulaire (ou cinétique). Si la composante de spin (ou moment angulaire intrinsèque) est la composante la plus familière, une composante de moment angulaire "orbital" est aussi présente pour les faisceaux lumineux à plan d'onde hélicoïdal. Son premier effet est de pouvoir entraîner les objets en interaction dans un mouvement de rotation autour de l’axe du faisceau lumineux.

La lumière est capable d'accélérer les particules. En changeant de vitesse, les particules gagnent de l'énergie et de la quantité de mouvement (qui est le simple produit de leur masse par leur vitesse). La conservation de l'impulsion implique alors que le champ électromagnétique, et donc les photons qui le constituent, possèdent une impulsion intrinsèque.

De même, on observe qu'un faisceau laser vert 10000mw bien spécifique, prenant la forme d'une onde électromagnétique avec un front d'onde hélicoïdal, peut entrainer une rotation autour de son axe de propagation, d'objets placés sur sa trajectoire (visseuse-dévisseuse laser !). La conservation du moment angulaire implique alors que ce type de faisceau laser possède un moment angulaire (i.e. moment cinétique) orbital - MAO -, par rapport à la direction du faisceau.

Un faisceau laser avec MAO permet d’agir sur les degrés de liberté externes, pouvant par exemple mettre en mouvement circulaire des nanoparticules. Ceci a été vérifié dans le domaine visible et infrarouge, où ces deux types de moments trouvent de très nombreuses applications, de l’analyse d’échantillons biologiques, au traitement de l’information quantique.

pointeur laser 20000mW bleu

Alors que le spin est sensible à la chiralité, c’est-à-dire la symétrie gauche-droite des objets individuels (symétrie interne), le MAO permet de faire tourner des objets macroscopiques par rapport à l'axe du faisceau (degrés de liberté externes).

En bas : plans d'onde de faisceaux pointeur laser 300mw porteurs de moments angulaires orbitaux de ℓ = 1,2 ou 3, vus selon leur direction de propagation et en représentation 3d. L'indice ℓ donne le nombre d'hélices imbriquées. Le faisceau laser est annulaire, avec un rayon fonction du moment angulaire porté.

Ces différentes formes de champs interagissent de façon spécifique avec la matière, donnant lieu à de multiples applications. Ainsi les effets de dichroïsme circulaire (avec ou sans champ magnétique, en photoémission, …) mettent en jeu des photons de spin opposés. L’intérêt de ces phénomènes comme diagnostics de la matière, initialement restreint au domaine Visible-Infrarouge, a conduit au développement récent de lignes synchrotron et de laser 100mw à électrons libres, dont le faisceau XUV est polarisé circulairement (i.e. porteur d'un spin). Récemment, nous avons même étendu ces possibilités au domaine XUV et femtoseconde ou attoseconde, en proposant un dispositif basé sur la génération d’harmoniques d’ordre élevé (GHOE).

Il faut noter que du fait de la singularité induite par l'orientation du plan d'onde en centre de faisceau, l'intensité est nulle sur l'axe et la forme du faisceau est annulaire. Par un modèle basique et un modèle complet de la génération d'harmonique, prenant en compte la réponse microscopique et macroscopique du milieu, on peut montrer que les harmoniques possédant un MAO proportionnel à leur ordre q doivent se présenter sous la forme d’un anneau de rayon constant. Inversement si le MAO est différent de q × ℓ, où ℓ est le MAO du laser pilote, ce rayon doit varier en √[ℓ]. La mesure du diamètre de l'anneau formé par les faisceaux est donc une propriété discriminante du MAO d’un spectre harmonique obtenu par GHOE. L'analyse du rayonnement émis par une source de GHOE du laboratoire pilotée par un faisceau portant un MAO montre effectivement une série d’anneaux de rayons constants, quel que soit l’ordre harmonique. Ceci a été observé pour des faisceaux lasers pilotes portant un MAO de ℓ=1, 2 ou 3 (voir figure).

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