Pinces à fibres optiques : Quand la lumière perd sa symétrie, elle peut retenir des particules

Piégeage optique par mécanisme à symétrie de mode brisée

Mécanisme de rupture de symétrie modale pour améliorer le comportement de piégeage optique. Crédit : Yuanhao LOU, Xiongjie NING, Bei WU, Yuanjie PANG

Les pinces optiques utilisent la lumière pour immobiliser des particules microscopiques aussi petites qu’un seul pixel. atome dans un espace 3D. Le principe de base des pinces optiques est le transfert de momentum entre la lumière et l’objet retenu. De manière très analogue à l’eau qui pousse sur un barrage qui bloque le cours d’eau, la lumière pousse sur les objets (et les attire également) qui font plier la lumière. Cette force dite optique peut être conçue pour pointer vers un certain point de l’espace, où la particule sera retenue. En fait, la technique de piégeage optique a jusqu’ici remporté deux prix Nobel, l’un en 1997 pour avoir retenu et refroidi des atomes uniques, l’autre en 2018 pour avoir offert aux biologistes un outil permettant d’étudier des biomolécules uniques telles que ADN et les protéines.

Les chercheurs dirigés par le professeur Yuanjie Pang de l’Université des sciences et technologies de Huazhong (HUST), en Chine, s’intéressent aux pinces à fibre optique, qui permettent de manipuler la lumière et les particules à l’extrémité d’une fibre optique. Cette technique élimine le besoin d’accessoires optiques conventionnels et encombrants tels que les objectifs, les lentilles et les miroirs de microscope.

Leur idée est de commencer avec un mode de lumière parfaitement symétrique annulaire qui ne peut être transmis que dans la fibre optique et qui ne fuira pas dans l’espace environnant à travers la pointe de la fibre, et d’avoir une particule pour briser la symétrie du mode et ainsi diffuser la lumière dans l’espace. De cette façon, en modifiant la symétrie et l’impulsion de la lumière, la particule reçoit une force réactive qui la maintient à l’extrémité de la fibre. Les chercheurs prévoient des applications potentielles telles que la réalisation d’une in-vivo expérience de manipulation de bioparticules uniques en utilisant la pince à fibre optique comme un endoscope à l’intérieur d’un animal vivant.

Le travail intitulé “Optical trapping using transverse electromagnetic (TEM)-like mode in a coaxial nanowaveguide” a été présenté sur la couverture de Frontières de l’optoélectronique.

Référence : “Optical trapping using transverse electromagnetic (TEM)-like mode in a coaxial nanowaveguide” par Yuanhao LOU, Xiongjie NING, Bei WU et Yuanjie PANG, 15 décembre 2021, Frontières de l’optoélectronique.
DOI : 10.1007/s12200-021-1134-3

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