Chaque modèle pourrait former un alphabet de codage pour la communication optique ou pourrait être utilisé dans la fabrication pour améliorer les performances et la productivité. Malheureusement, les modèles de lumière sont déformés lorsqu’ils traversent des canaux bruyants, par exemple une fibre optique stressée, une optique aberrante, un tissu vivant trouble et peut-être un exemple très grave, la turbulence atmosphérique dans l’air.

Dans tous ces exemples, le modèle déformé peut se détériorer au point que le modèle de sortie ne ressemble en rien à l’entrée, ce qui annule le bénéfice. Des chercheurs de l’Université de Witwatersrand (Wits University) en Afrique du Sud ont montré comment il est possible de trouver des formes de lumière sans distorsion qui sortent d’un canal bruyant exactement de la même manière qu’elles y ont été introduites.

En utilisant la turbulence atmosphérique comme exemple, ils ont montré que ces formes spéciales de lumière, appelées modes propres, peuvent être trouvées même pour des canaux très complexes, émergeant sans distorsion, tandis que d’autres formes de lumière structurée seraient méconnaissables. Leurs recherches ont été publiées dans la revue, Photonique avancée — la revue phare de SPIE, la société internationale d’optique et de photonique.

“Le passage de la lumière à travers l’atmosphère est crucial dans de nombreuses applications, telles que l’optique en espace libre, la détection et la fourniture d’énergie, mais trouver la meilleure façon de le faire s’est avéré difficile”, déclare le professeur Andrew Forbes, responsable du laboratoire de lumière structurée à l’université de Wits. .

Traditionnellement, une approche par essais et erreurs a été utilisée pour trouver les formes de lumière les plus robustes sur un canal bruyant particulier, mais à ce jour, toutes les formes de lumière structurée familière se sont avérées déformées à mesure que le support devenait progressivement plus bruyant. La raison en est que nous “voyons” la distorsion.

Pour établir s’il est possible de créer de la lumière qui ne “voit” pas la distorsion, passant à travers comme si elle n’était pas là, les chercheurs ont traité le canal bruyant comme un opérateur mathématique et ont posé une question simple : “quelles formes de lumière être invariant à cet opérateur ? » En d’autres termes, quelles formes de lumière apparaissent comme le mode naturel du canal dans lequel il se trouve, de sorte qu’il ne voit pas la distorsion. Cela peut aussi être appelé les vrais modes propres du canal.

L’exemple abordé était le cas sévère des distorsions dues aux turbulences atmosphériques. La réponse au problème a révélé des formes de lumière méconnaissables – en d’autres termes, une lumière qui n’appartient à aucune famille de lumière structurée bien connue, mais néanmoins complètement robuste au milieu. Ce fait a été confirmé expérimentalement et théoriquement pour des conditions de turbulence faible et forte.

“Ce qui est passionnant dans ce travail, c’est qu’il ouvre une nouvelle approche pour étudier la lumière complexe dans des systèmes complexes, par exemple, dans le transport de la lumière classique et quantique à travers la fibre optique, les canaux sous-marins, les tissus vivants et d’autres systèmes hautement aberrants”, déclare Forbes. .

En raison de la nature des modes propres, peu importe la durée de ce milieu, ni la force de la perturbation, de sorte qu’il devrait bien fonctionner même dans des régimes où les procédures correctives traditionnelles, telles que l’optique adaptative, échouent.

“Le maintien de l’intégrité de la lumière structurée dans les médias complexes ouvrira la voie à de futurs travaux d’imagerie et de communication via des canaux bruyants, particulièrement pertinents lorsque les formes structurées de la lumière sont des états quantiques fragiles.”