Schéma de principe de l’expérience avec un motif en or (en jaune) situé sur la partie supérieure de la structure planaire, séparé par une fine couche de silice (en bleu) posée sur la couche de verre hautement non-linéaire (en vert). Le faisceau lumineux incident est représenté par la flèche rouge en entrée de la structure. © Tintu Kuriakose, Gilles Renversez, et Mathieu Chauvet
Selon les principes généraux de la physique, la lumière, celle du Soleil ou celle d’une ampoule, se propage de façon diffuse. L’avènement de la technologie laser a bouleversé ce paradigme avec la création de faisceaux lumineux unidirectionnels, qu’il est désormais possible d’orienter, de guider et de confiner… un terme prisé en optique aussi. Mieux encore, la lumière est capable de se confiner elle-même, un phénomène particulièrement fascinant pour lequel un autoconfinement dans un espace le plus restreint possible est recherché. Dans cette quête, un nouveau type d’onde autoconfinée a été mis en évidence pour la première fois dans une expérience scientifique 1.
Au département Optique de l’Institut FEMTO-ST, Mathieu Chauvet est l’un des instigateurs de cette expérimentation et en explique le principe : « À l’interface entre un métal et un autre matériau, tous deux choisis pour leurs propriétés particulières, une onde lumineuse classique, générée par un laser, se transforme en onde plasmonique : la lumière prend alors la faculté de se contracter sur elle-même et de s’autoconfiner. » C’est donc la rencontre de l’onde avec les deux matériaux utilisés, ici de l’or et un verre spécialement étudié, qui est à l’origine du phénomène ; l’onde fait osciller les électrons contenus dans le métal pour créer un confinement des plus efficaces. Cette efficacité est de plus contrôlée par la puissance du faisceau lumineux, un élément clé pour les applications. « La longueur d’onde que nous avons retenue pour l’expérience est largement utilisée dans le domaine des télécommunications optiques ; l’une des perspectives est en effet d’exploiter le phénomène d’autoconfinement dans des puces optiques. » La miniaturisation est tout l’enjeu du dispositif, qui ne demande qu’une puissance lumineuse minimale pour créer un maximum d’énergie à un endroit précis, cette énergie étant utilisée pour le traitement de l’information optique.
Les résultats d’observation de l’équipe française confirment les théories avancées par la communauté scientifique depuis 40 ans sans jamais avoir pu être prouvées. Cette expérience de recherche est donc une grande première ; elle a fait l’objet d’une thèse de doctorat réalisée par Tintu Kuriakose à l’Institut FEMTO-ST, financée par la Région Franche-Comté, mais n’a bénéficié d’aucun autre financement spécifique. L’objectif que souhaiterait poursuivre l’équipe de recherche dans un deuxième temps serait de renouveler l’expérience avec une source laser compacte, pour créer un dispositif véritablement adapté aux contraintes de la miniaturisation et aux champs d’application concernés.
