{"id":7023,"date":"2020-05-28T09:51:00","date_gmt":"2020-05-28T07:51:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.cailabs.com\/blog\/"},"modified":"2024-04-26T14:15:21","modified_gmt":"2024-04-26T12:15:21","slug":"comment-genere-t-on-une-oam","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cailabs.com\/fr\/blog\/reseaux-du-futur\/comment-genere-t-on-une-oam\/","title":{"rendered":"Comment g\u00e9n\u00e8re-t-on une OAM? Quelles sont les possibilit\u00e9s des g\u00e9n\u00e9rateurs d\u2019OAM sur le march\u00e9 ?"},"content":{"rendered":"\n

Dans un premier article<\/a>, nous nous sommes int\u00e9ress\u00e9s \u00e0 ce qu\u2019\u00e9tait une onde \u00e0 OAM (Orbital Angular Momentum) et \u00e0 ses propri\u00e9t\u00e9s. Le pr\u00e9sent article s\u2019attelle d\u00e9sormais \u00e0 la description et \u00e0 la comparaison des g\u00e9n\u00e9rateurs d\u2019OAM disponibles aujourd\u2019hui sur le march\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

G\u00e9n\u00e9ralement, la m\u00e9thode consiste \u00e0 modifier la forme d\u2019un faisceau gaussien en lui appliquant un objet de phase en forme d\u2019h\u00e9lice. Pour ce faire, plusieurs techniques peuvent \u00eatre utilis\u00e9es.<\/p>\n\n\n\n

Lentilles cylindriques :<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
\n
\"Cylindrical<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Cette m\u00e9thode a \u00e9t\u00e9 la premi\u00e8re utilis\u00e9e pour g\u00e9n\u00e9rer des ondes OAM. Elle consiste \u00e0 transformer un faisceau gaussien Hermite Gauss (HG) en entr\u00e9e en le d\u00e9composant pour former des modes Laguerre Gauss (LG) \u00e0 l\u2019aide de deux lentilles cylindriques. Chaque s\u00e9rie de mode HG subit plusieurs transformations de phase successives pour former un mode LG.<\/p>\n\n\n\n

Cette d\u00e9composition math\u00e9matique et optique permet d\u2019obtenir des faisceaux d\u2019excellente qualit\u00e9 en sortie \u00e0 condition que les \u00e9l\u00e9ments optiques soient parfaitement align\u00e9s.<\/p>\n\n\n\n

Malheureusement, cette m\u00e9thode est particuli\u00e8rement difficile \u00e0 mettre en \u0153uvre puisqu\u2019elle n\u00e9cessite d\u2019avoir un bon g\u00e9n\u00e9rateur de mode HG.<\/p>\n\n\n\n

Lame de phase en spirale :<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
\n
\"Spiral<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Un faisceau lumineux peut acqu\u00e9rir une OAM en traversant une plaque de phase en spirale, d’une \u00e9paisseur variable. Cette lame de phase en spirale a la capacit\u00e9 de cr\u00e9er un faisceau vortex dont la forme et les caract\u00e9ristiques d\u00e9pendent directement de la forme de la lame de phase.<\/p>\n\n\n\n

Plus l\u2019on souhaite une charge topologique \u00e9lev\u00e9e (i.e. un nombre d\u2019h\u00e9lice \u00e9lev\u00e9), plus la diff\u00e9rence de hauteur entre le d\u00e9but et la fin de la spire sera \u00e9lev\u00e9e. Malheureusement, chaque lame est seulement capable de ne g\u00e9n\u00e9rer qu\u2019un seul type de faisceau twist\u00e9 en sortie et donc un seul type d\u2019OAM.<\/p>\n\n\n\n

Hologramme de phase :<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
\n
\"Hologram<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

A l\u2019aide d\u2019un r\u00e9seau de diffractions, il est possible de g\u00e9n\u00e9rer une OAM par l\u2019alternance r\u00e9guli\u00e8re d\u2019interf\u00e9rences constructives et destructives. Cette figure d\u2019interf\u00e9rences est appel\u00e9e un hologramme. La repr\u00e9sentation d\u2019un hologramme de phase imprim\u00e9 sur un support transparent, permettant de g\u00e9n\u00e9rer l\u2019OAM d\u2019une onde peut \u00eatre vu comme un hologramme ayant la forme d\u2019une \u00ab fourchette \u00bb. <\/p>\n\n\n\n

La qualit\u00e9 des OAM form\u00e9s par ce type d\u2019\u00e9l\u00e9ment est correcte lors de la formation d\u2019OAM de petit ordre mais cette qualit\u00e9 de faisceau a tendance \u00e0 fortement se d\u00e9t\u00e9riorer pour des OAM de plus grand ordre.<\/p>\n\n\n\n

En effet, l\u2019ordre du faisceau est directement proportionnel \u00e0 la fr\u00e9quence des interf\u00e9rences. Il en d\u00e9coule donc une limite li\u00e9e \u00e0 la capacit\u00e9 d\u2019imprimer des hologrammes tr\u00e8s fins et r\u00e9solus. De plus, d\u2019un point de vue \u00e9nerg\u00e9tique, ce type de r\u00e9seau, une fois \u00e9clair\u00e9, g\u00e9n\u00e8re 3 faisceaux en sortie dont seulement un nous est utile.<\/p>\n\n\n\n

M\u00e9tamat\u00e9riaux :<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
\n
\"Meta<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Un m\u00e9tamat\u00e9riau est un mat\u00e9riau composite qui pr\u00e9sente des propri\u00e9t\u00e9s \u00e9lectromagn\u00e9tiques qu\u2019on ne retrouve pas dans un mat\u00e9riau naturel. Des recherches ont montr\u00e9 la capacit\u00e9 d\u2019un m\u00e9tamat\u00e9riau ultrafin \u00e0 changer la phase d\u2019un faisceau incident pour obtenir une OAM.<\/p>\n\n\n\n

Les travaux sur les m\u00e9tamat\u00e9riaux sont relativement nouveaux pour cette technologie qui n\u2019est pas suffisamment m\u00fbre. De plus, chaque m\u00e9tamat\u00e9riau n\u2019est capable de cr\u00e9er qu\u2019une seule onde \u00e0 OAM ce qui limite les possibilit\u00e9s du syst\u00e8me pour le multiplexage d\u2019OAM. Enfin, sa structure d\u00e9vie le faisceau d\u2019entr\u00e9e ce qui rend son int\u00e9gration non triviale.<\/p>\n\n\n\n

Spatial Light Modulator:<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
\n
\"Slm<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Compos\u00e9 d\u2019une matrice pixelis\u00e9e de cristaux liquides, les mol\u00e9cules la composant peuvent \u00eatre programm\u00e9es pour modifier les param\u00e8tres du faisceau incident y compris sa phase pour cr\u00e9er un faisceau twist\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

Le SLM est ainsi capable de se comporter \u00e0 la fois comme un hologramme de phase en spirale et en fourchette pour former des OAM de diff\u00e9rentes configurations.<\/p>\n\n\n\n

Malheureusement, ce type d\u2019\u00e9l\u00e9ment optique n\u2019est pas capable de r\u00e9sister aux lasers de fortes puissances. De plus, il n\u00e9cessite un pilotage via ordinateur et ne constitue pas une technologie passive.<\/p>\n\n\n\n

Q-plates:<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
\n
\"Q<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Les \u00ab Q-plates \u00bb, comme les SLM sont compos\u00e9s d\u2019un mat\u00e9riau anisotrope qui, comme les lames de phases, est capable de transformer un faisceau gaussien polaris\u00e9 circulairement en un faisceau twist\u00e9 porteur d\u2019une OAM.  Les avantages technologiques des Q-plates sont leurs forts rendements de conversion.<\/p>\n\n\n\n

De plus, elles ne d\u00e9vient pas le faisceau incident par rapport aux m\u00e9thodes holographiques et elles peuvent \u00eatre utilis\u00e9es dans une large gamme de fr\u00e9quences. Malheureusement, les Q-plates ne sont g\u00e9n\u00e9ralement capables de g\u00e9n\u00e9rer qu\u2019un seul type de mode par mod\u00e8le.<\/p>\n\n\n\n

Multi Plane Light Conversion (MPLC):<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
\n
\"Mplc<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Le MPLC par sa technologie r\u00e9fl\u00e9chissante est un processus optique passif dont le principe est d\u00e9riv\u00e9 de l\u2019optique quantique. Il est capable, avec peu de pertes, de g\u00e9n\u00e9rer plusieurs faisceaux OAM, y compris \u00e0 de fortes puissantes, par l\u2019interm\u00e9diaire de r\u00e9flexion sur des surfaces structur\u00e9es suivies de propagation en espace libre. Il permet aussi de faire du multiplexage spatial de mode (SDM).<\/p>\n\n\n\n

Par l\u2019injection de N entr\u00e9es vers une sortie constitu\u00e9e de N modes, l\u2019information peut ensuite \u00eatre d\u00e9cod\u00e9e par un syst\u00e8me invers\u00e9 d\u00e9multiplexant l\u2019information en sortie. Cailabs, par l\u2019interm\u00e9diaire de son produit PROTEUS<\/strong><\/a>, commercialise aujourd\u2019hui ce composant unique \u00e0 disposition des \u00e9quipes de chercheurs dans le domaine des OAM.<\/p>\n\n\n\n

L\u2019infographie ci-dessous a pour but de r\u00e9sumer et comparer l\u2019ensemble de ces technologies.<\/p>\n\n\n\n

\n
\"Cailabs<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
Conclusion<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Les ondes \u00e0 OAM sont aujourd\u2019hui la source de nombreux espoirs pour les d\u00e9veloppements des futurs moyens de communications, fibr\u00e9s ou en espace libre, aussi bien pour s\u00e9curiser l\u2019information que pour d\u00e9congestionner des r\u00e9seaux de plus en plus limit\u00e9s par une demande de plus en plus gourmande d\u2019\u00e9changes de donn\u00e9es.<\/p>\n\n\n\n

La solution PROTEUS est un multiplexeur spatial robuste et versatile destin\u00e9 au Space Division Multiplexing (SDM ou multiplexage spatial de mode). Unique en son genre car b\u00e9n\u00e9ficiant de la technologie Multi-Plane Light Conversion de Cailabs, elle est un formidable outil pour la g\u00e9n\u00e9ration d\u2019OAM.<\/p>\n\n\n\n

En plus de g\u00e9n\u00e9rer des faisceaux de grande puret\u00e9, elle est capable de r\u00e9soudre l\u2019ensemble des contraintes rencontr\u00e9es par les autres technologies tout en \u00e9tant, par son caract\u00e8re r\u00e9versible, un parfait outil pour d\u00e9coder et relire ces informations. C\u2019est aujourd\u2019hui la seule solution commerciale qui propose du multiplexage spatial de modes OAM.<\/p>\n\n\n\n

Bibliographie<\/strong>:<\/p>\n\n\n\n

(1) Long Li, Runzhou Zhang, Zhe Zhao, Guodong Xie &al – \u201cHigh-Capacity Free-Space Optical Communications Between a Ground Transmitter and a Ground Receiver via a UAV Using Multiplexing of Multiple Orbital-Angular-Momentum Beams\u201d<\/em> – Lire l’article<\/a><\/p>\n\n\n\n

(2) Cong Liu, Kai Pang, Yongxiong Ren, Jiapeng Zhao &al – \u201cDemonstration of Adaptive Optics Compensation for Emulated Atmospheric Turbulence in a Two-Orbital-Angular-Momentum Encoded Free-Space Quantum Link at 10 Mbits\/s\u201d – <\/em>Lire l’article<\/a><\/p>\n\n\n\n

(3) Cong Liu, Kai Pang, Zhe Zhao, Peicheng Liao & al. – \u201cSingle-End Adaptive Optics Compensation for Emulated Turbulence in a Bi-Directional 10-Mbit\/s per Channel Free-Space Quantum Communication Link Using Orbital-Angular-Momentum Encoding\u201d – <\/em>Lire l’article<\/a><\/p>\n\n\n\n

(4) Rui Chen, Hong Zhou, Marco Moretti, Xiaodong Wang, and Jiandong Li – \u201cOrbital Angular Momentum Waves: Generation, Detection and Emerging Applications\u201d – <\/em>Lire l’article<\/a><\/p>\n\n\n\n

(images): \u201cAngular Momentum of Light\u201d – E. Karimi – Wikipedia<\/em><\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n
\n
\n
\"Tangi<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
\n

Par Tangi Le Guennic<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ing\u00e9nieur INSA sp\u00e9cialis\u00e9 en science des mat\u00e9riaux et en optique, Tangi Le Guennic est chef de produits et projets \u00e0 Cailabs. Il poss\u00e8de une solide exp\u00e9rience en R&D dans le d\u00e9veloppement de capteurs optiques pour les syst\u00e8mes a\u00e9ronautiques ainsi que dans la gestion de projets de vision industrielle. A Cailabs, Tangi travaille sur le d\u00e9veloppement et la commercialisation de solutions optiques innovantes pour les applications PROTEUS et Custom (d\u00e9fense, a\u00e9ronautique, automobile, biom\u00e9dical…).<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

\n

Nos autres articles :<\/h2>\n\n\n\n
\n