Contrôle cohérent spatio-temporel de la lumière dans un milieu désordonné

Les impulsions optiques ultracourtes sont émises dans une direction spatiale bien définie, et leur énergie est confinée dans une fenêtre temporelle très courte. Ces sources de lumières ont été intensivement utilisées ces 20 dernières années, par exemple pour sonder des réactions chimiques à l’échelle femtoseconde, ou bien pour l’imagerie multiphotonique. Cependant, lorsqu’une impulsion optique se propage dans un milieu désordonné, tel qu’une couche de peinture ou un tissu biologique, deux phénomènes se produisent en parallèle. Spatialement, la lumière emprunte une multitude trajets dans le milieu, résultant en une figure d’interférence très complexe appelé « speckle ». Temporellement, à cause des multiples trajets optiques plus ou moins long dans le milieu, l’impulsion courte s’allonge temporellement. Ainsi les applications nécessitant une impulsion courte voient leur efficacité nettement réduites.

Dans nos travaux récents, nous utilisons une technique de manipulation du front d’onde optique pour retrouver à la sortie du milieu désordonné l’impulsion courte telle qu’elle était en entrée. Cette impulsion courte en sortie favorise ainsi l’excitation multiphotonique de molécules fluorescentes cachées derrière le milieu. Par ailleurs, notre approche donne lieu à tout contrôle déterministe du profil spatial et du profil temporel de l’impulsion en sortie du milieu. Par exemple, deux impulsions courtes peuvent être générées avec un retard contrôlable à la même position, permettant d’aller sonder les interactions lumière-matière.

Nos travaux proposent ainsi une nouvelle méthode pour étudier la propagation de la lumière dans les milieux désordonnés

Spatiotemporal Coherent Control of Light through a Multiple Scattering Medium with the Multispectral Transmission Matrix
Mickael Mounaix, Daria Andreoli, Hugo Defienne, Giorgio Volpe, Ori Katz, Samuel Grésillon, and Sylvain Gigan

Phys. Rev. Lett. 116, 253901 (2016)

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.253901

sylvain.gigan-at-lkb.ens.fr
mickaël.mounaix-at-lkb.ens.fr