Quand la lumière tourbillonne – Le moment orbital du photon

La lumière peut-elle aussi tourbillonner ? Oui, elle le peut ! Et que peut-on observer ?

Il n'y a pas de lumière au centre d'une "tornade lumineuse"… tout comme un fluide qui tourbillonne : pas de vent, ni d'eau, au centre de la tornade, ou trombe → Concrètement, il n’y a pas de lumière au centre d’un faisceau laser qui « tourbillonne ».

Quelles conséquences et finalités pour la lumière ? Quelles applications en physique ? Et pour les hautes technologies ?

Description du plateau optique en démonstration :

Le montage expose un faisceau laser ordinaire qui traverse un hologramme imprimé, qui donne au photon un « moment angulaire orbital ». Le point lumineux observé sur un écran avant la lame de phase n’est alors plus un point, et ressemble à un anneau, comme une tornade en vue de dessus. Et qu’en est-il de la surface d’onde ?

C’est ce que le plateau optique met en évidence : un montage de type interféromètre de Mach-Zender expose l’interférence entre le faisceau ordinaire, et le « faisceau tornade », tous les deux sont colinéaires en sortie du montage. L’interférence a une forme d’hélice ce qui montre que la surface d’onde est une spirale. Le nombre de pales augmente avec le moment angulaire de la lumière.

Les mouvements de la figure sont circulaires : si l’on translate l’un des bras de l’interféromètre, la figure va tourner autour de l’axe des faisceaux. Ce qui diffère des figures d’interférences observées habituellement, où les franges lumineuses en cercles, ou en mires, se déplacent latéralement. On modifiera le trajet du faisceau "ordinaire", en inclinant une lame épaisse, et on observera ainsi les changements sur la figure d’interférence, à la fin du montage.

Images :

https://1drv.ms/u/s!AovSyS4Un9GrhdMXgS-4-D5bOMQNbw

Vidéo :

https://youtu.be/I1GHZ_pG5LI