Dans les techniques classiques de contrôle du front d’onde, les solutions d’algèbre linéaire utilisant des matrices ont été très efficaces. Cependant, ces méthodes ne fonctionnent pas pour des systèmes avec plus de deux dimensions, en particulier lorsque des non-linéarités entrent en jeu. Cette complexité nécessite des tenseurs d’ordre supérieur, car les matrices 2D ne peuvent plus décrire le système. Ce défi a posé des problèmes importants dans la gestion efficace de la manipulation de la lumière dans des milieux complexes, tels que les fibres multimodes ou les milieux diffusants.
Dans cette étude publiée dans Nature Communications, les chercheurs ont abordé cette question en utilisant le façonnage de front d’onde basé sur les tenseurs d’ordre 3 ou plus, étendant ainsi les techniques de matrices 2D aux dimensions supérieures. Cette approche est cruciale pour les systèmes qui ne peuvent pas être décrits par de simples matrices 2D, notamment lorsqu’il s’agit de non-linéarités ou de la nécessité de contrôler plus de degrés de liberté que simplement le front d’onde d’entrée. C’est le cas, par exemple, en travaillant avec plusieurs longueurs d’onde. La technique a été démontrée dans un cas pratique pour trouver une sensibilité optimale dans des fibres multimodes utilisées comme capteurs. En ne mesurant que l’intensité de sortie, le système devient quadratique, et l’optimisation à la fois du front d’onde d’entrée et de la détection de sortie augmente la complexité de la tâche. L’étude a montré des améliorations spectaculaires de la sensibilité de la lumière aux changements minimes dans la configuration de la fibre. Cela permet une caractérisation précise des déformations submicroniques à l’aide de fibres standards. Cette méthode améliore non seulement les capacités de détection et d’imagerie, mais offre également de grandes perspectives pour les avancées dans les télécommunications, illustrant le potentiel novateur des applications de tenseurs d’ordre supérieur dans des environnements complexes.
Figure : Amélioration de la sensibilité à la déformation dans les fibres multimodes à l’aide de l’approche des tenseurs d’ordre supérieur. a. Schéma du système : la lumière modulée spatialement est injectée par la droite et mesurée par la gauche. Une petite déformation contrôlée est appliquée à la fibre. b. et c. Sensibilité du profil d’intensité de sortie à des changements minimes. Les zones colorées représentent la dispersion des estimations pour différentes réalisations. Dans b., un front d’onde aléatoire a été envoyé en entrée, tandis que dans c., les résultats de l’approche des tenseurs d’ordre supérieur ont été employés.
Reference :
Reaching the precision limit with tensor-based wavefront shaping
R. Gutierrez-Cuevas, D. Bouchet, J. de Rosny, S. M. Popoff
Nature Communications, vol. 15, 6319 (2024)
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