Contrôler la polarisation de la lumière en faisant tourner un plasma
Des chercheurs du Laplace et du LOA, en collaboration avec l'université de Princeton, ont montré qu'en faisant tourner un plasma, on peut considérablement renforcer sa capacité à contrôler la polarisation d’une onde électromagnétique qui le traverse. Cette étude théorique ouvre une voie vers la conception d'isolateurs optiques hautes performances, avec des applications potentielles dans l'imagerie médicale et la sécurité. Les résultats sont publiés dans la revue Physical Review E.
Dans un système de télécommunications sans fil, un isolateur est un dispositif qui n'autorise la propagation de l'onde que dans une seule direction. Des isolateurs sont par exemple utilisés pour éviter les perturbations dues à la propagation d’ondes réfléchies. Ils assurent cette fonction en modifiant la polarisation1 de l'onde qui les traverse, et sont généralement constitués d'un matériau ferromagnétique (ferrite) placé dans le champ magnétique d'un aimant. Mais ce type de dispositif a l'inconvénient de ne pas être facilement adaptable : l'isolateur doit être dimensionné spécifiquement pour la fréquence de l'onde utilisée.
Un chercheur du Laboratoire plasma et conversion d’énergie (LAPLACE, CNRS/Toulouse INP/ Univ. Toulouse Paul Sabatier) et un enseignant-chercheur du Laboratoire d’optique appliquée (LOA, CNRS/École Polytechnique/ENSTA Paris), en collaboration avec l’Université de Princeton (USA), proposent une solution innovante pour réaliser des isolateurs ayant un effet amplifié sur la polarisation de l'onde, et dont le fonctionnement pourrait être adapté à la fréquence utilisée. Leur étude théorique montre que la ferrite pourrait être avantageusement remplacée par un plasma en rotation.
En effet, lorsqu’une onde traverse un plasma, on obtient, en présence d’un champ magnétique, une modification de la polarisation analogue à celle obtenue dans un isolateur traditionnel. Mais les chercheurs vont plus loin en proposant de faire tourner mécaniquement le plasma. Leurs calculs montrent que pour une vitesse de rotation modérée (100 Hz), l'effet sur la polarisation de l'onde est jusqu'à 10.000 fois supérieur à celui obtenu en l'absence de rotation du plasma. De plus, les caractéristiques de ce nouveau dispositif, notamment la fréquence de l'onde pour laquelle il fonctionne, peuvent être directement modifiées en jouant sur des paramètres tels que la densité du plasma et sa vitesse de rotation.
Les chercheurs estiment que les propriétés singulières de cet effet dans le domaine du THz pourraient permettre la conception d’isolateurs hautes performances, et contribuer ainsi au développement de systèmes dans cette gamme de fréquences. Les applications potentielles concernent l'imagerie médicale, mais aussi des systèmes de détection pour la sécurité.
© Renaud Gueroult, LAPLACE (CNRS/Université de Toulouse Paul Sabatier/Toulouse INP)
Références
Enhanced Tuneable Rotatory Power in a Rotating Plasma
R. Gueroult, J-M. Rax, N.J. Fisch
Physical Review E 102, 051202(R) – Published 19 November 2020
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.102.051202
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- 1la polarisation d'une onde électromagnétique est la direction privilégiée d'oscillation de son champ électrique