Les applications acousto-optiques
Les ordinateurs quantiques
Explorer la manipulation de la lumière avec l’Acousto Optique…
En informatique quantique, l’acoustique-optique (AO) est utilisée pour manipuler les propriétés de la lumière, telles que sa fréquence, son intensité, sa phase ou même sa position. Ces propriétés ont été bien exploitées dans diverses expériences impliquant des photons intriqués : le dernier prix Nobel de physique 2022 a été décerné à des expériences de ce type dans lesquelles des dispositifs AO ont été utilisés pour faire passer les photons d’un polariseur à un autre afin de déterminer leur état de polarisation respectif.
Le rôle de l’AO dans la révolution de l’informatique quantique…
L’AO était un bon candidat en raison de sa capacité à dévier les photons en quelques dixièmes de ns. Les photons intriqués ont conduit à des révolutions majeures dans la science quantique et leurs applications sont nombreuses. Les dispositifs AO peuvent être utilisés pour manipuler les états quantiques des qubits, les unités de base de l’information quantique. En contrôlant la phase ou la fréquence des lasers, l’AO permet une préparation précise de l’état. En outre, l’AO peut être utilisée pour diriger les faisceaux laser vers des qubits individuels dans la chaîne d’ions.
Communication quantique : Exploiter les AOMs pour une transmission sécurisée...
La communication quantique repose sur la transmission d’états quantiques entre des lieux distants. Les AOMs (Acousto-optic Modulators) sont utilisés pour moduler les caractéristiques des photons, ce qui permet de créer des états intriqués ou d’encoder des informations quantiques sur les photons en vue de leur transmission par fibres optiques.
Cette modulation garantit la transmission fidèle des états quantiques, ce qui est essentiel pour des applications telles que la distribution de clés quantiques (QKD) et la téléportation quantique.
Détection quantique et métrologie
Le rôle des dispositifs acousto-optiques dans la détection quantique et la métrologie…
Les dispositifs acousto-optiques jouent un rôle dans la détection quantique et la métrologie en améliorant la précision des mesures. En modulant la phase ou la fréquence des faisceaux laser utilisés dans les installations d’interférométrie, les AOM permettent de mesurer à haute résolution des quantités physiques telles que la distance, le temps et les champs magnétiques. Ces avancées ont des applications dans la détection des ondes gravitationnelles, la navigation de précision et l’imagerie quantique.
Traitement des matériaux
Améliorer la précision des systèmes de gravure : le rôle des lasers à impulsions ultracourtes et des dispositifs d’AO…
L’utilisation de lasers à impulsions ultracourtes, dont la durée est de l’ordre de la picoseconde, voire de la femtoseconde, est assez courante dans les systèmes de gravure. Comme la durée de l’énergie est également courte, cela limite l’apport de chaleur sur la pièce à usiner et permet donc un enlèvement précis de la matière supplémentaire (fig.12.). Les dispositifs AO sont largement utilisés ici en tant que capteurs d’impulsions. En fait, ils sont introduits dans les systèmes laser à haute fréquence de répétition afin d’extraire une ou plusieurs impulsions pour contrôler la puissance optique moyenne et ainsi assurer un contrôle précis de l’énergie délivrée à la pièce à usiner.
Optimiser le traitement des matériaux : la puissance des lasers à commutation Q et des dispositifs AO…
Les lasers à commutation Q sont également utilisés dans le traitement des matériaux en raison de leur capacité à fournir des lasers pulsés à puissance de crête élevée. Il s’agit généralement d’impulsions nanosecondes qui peuvent être produites en introduisant un Q-Switch AO dans la cavité laser : lorsque le dispositif AO est activé, il introduit des pertes à l’intérieur de la cavité laser en diffractant la lumière hors de la cavité et en supprimant ainsi l’effet de laser. Il y a alors une accumulation d’énergie à l’intérieur de la cavité et lorsque le dispositif d’OA (pas de diffraction) est désactivé, une impulsion laser très intense est générée.
LiDAR
La polyvalence de la technologie LiDAR…
LiDAR est un acronyme dérivé de radar, mais qui utilise la lumière au lieu des ondes radio. En tant que technologie de détection, il peut être utilisé pour mesurer des distances, créer des cartes en 3D et recueillir des informations sur la forme ou les caractéristiques de surfaces ou d’objets. Les systèmes LIDAR sont utilisés dans divers secteurs : véhicules autonomes, météorologie, éoliennes, et la liste n’est pas exhaustive.
LiDAR : améliorer les performances des éoliennes…
Prenons l’exemple des éoliennes où le rôle du LiDAR est de mesurer la vitesse du vent ainsi que sa direction et de transmettre l’information au système de contrôle permettant à l’éolienne et aux pales de s’ajuster de manière appropriée aux conditions météorologiques. Ici, le principe de fonctionnement est d’envoyer de la lumière dans une certaine direction et grâce aux impuretés naturelles présentes dans l’air, la lumière est réfléchie puis collectée pour être traitée afin de déterminer la vitesse et la direction du vent. Pour ce faire, il faut différencier le faisceau transmis du faisceau de référence. Pour ce faire, on fait passer l’un des deux faisceaux dans un AOFS (Acousto optic frequency shifter) qui imposera un décalage de fréquence.
Pince optique
Les pinces optiques : un outil de manipulation microscopique…
Une pince optique est un instrument scientifique qui utilise un faisceau laser focalisé pour exercer une force d’attraction ou de répulsion sur des particules microscopiques. Le faisceau focalisé de la pince crée des pièges optiques qui permettent de maintenir, de déplacer et de manipuler facilement les minuscules particules. Les dispositifs d’OA ont apporté une contribution importante dans ce domaine. Lorsque la fréquence RF est accordée sur les dispositifs d’OA, la position du faisceau diffracté de sortie change. C’est cette caractéristique qui est largement utilisée dans les pinces optiques.
Contrôle de précision avec les AODs…
En effet, les AOD sont utilisés pour diriger le faisceau laser avec précision et rapidité, ce qui permet de repositionner les pièges optiques avec une grande précision et facilite la manipulation de particules ou le suivi de processus biologiques dynamiques.
Capacités de multiplexage…
En outre, plusieurs fréquences peuvent être injectées à la fois, ce qui permet de diviser un faisceau unique en plusieurs faisceaux diffractés et de créer ainsi un réseau de pièges optiques simultanément. Cela permet de piéger et de manipuler plusieurs particules en même temps, améliorant ainsi l’efficacité des expériences.
Imagerie hyperspectrale
Découvrir les secrets : le rôle des AOTF dans l’imagerie hyperspectrale…
Les AOTF sont utilisés dans les systèmes d’imagerie hyperspectrale pour acquérir les informations spectrales de chaque pixel d’une image. En réglant l’AOTF, différentes longueurs d’onde de la lumière peuvent être transmises de manière sélective, ce qui permet de générer des images hyperspectrales contenant des informations spatiales et spectrales.
L’imagerie hyperspectrale trouve des applications dans la télédétection, la surveillance de l’environnement, l’inspection agricole, l’imagerie biomédicale et la surveillance.
Microscopie « Lightsheet »
Illuminer la biologie : la microscopie « lightsheet » dévoilée…
La microscopie « Lightsheet » est une technique d’imagerie avancée utilisée dans le domaine de la biologie et de la recherche biomédicale. Elle est particulièrement bien adaptée à la capture d’images en 3D d’échantillons biologiques, notamment de cellules et de tissus vivants, avec un minimum de photodégâts et une haute résolution spatiale et temporelle.
La microscopie « lightsheet » fonctionne sur le principe de l’éclairage d’une fine feuille de lumière à travers l’échantillon, ce qui permet une imagerie rapide des processus biologiques.
Microscopie confocale
Microscopie confocale : visualiser des structures en 3D…
La microscopie confocale est une technique d’imagerie utilisée dans divers domaines, notamment la médecine, la biologie et la science des matériaux. Elle permet de visualiser des structures 3D complexes et des processus dynamiques au sein des échantillons. Le principe de fonctionnement est basé sur la focalisation sélective sur un plan d’intérêt spécifique tout en éliminant la lumière non focalisée provenant d’autres plans. Cette technique repose sur l’utilisation d’un trou d’épingle pour capter la lumière indésirable, ce qui permet de réaliser une coupe optique et d’améliorer la qualité de l’image par rapport à la microscopie traditionnelle.
Contrôle laser amélioré avec AOTFs…
Pour les deux techniques susmentionnées, les AOTFs (filtres acousto-optiques accordables) sont couramment utilisés pour effectuer une modulation d’intensité sur plusieurs lasers simultanément ou individuellement. Les dispositifs AO permettent également de passer d’un laser à l’autre. Ces opérations sont effectuées rapidement car il n’y a pas de pièces mécaniques mobiles à l’intérieur du dispositif AO.