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Cape d'invisibilité et caméra la plus rapide du monde

Deux découvertes de l’INRS au palmarès 2018 de l’OSA

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19 décembre 2018 // par Stéphanie Thibault
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Rien ne surpasse la vitesse de la lumière, et la recherche en optique va elle aussi à toute allure. Les chercheurs de l’INRS sont en tête de peloton dans ce domaine et l’Optical Society of America (OSA) le reconnaît une fois de plus en sélectionnant deux de leurs avancées dans leur palmarès Optics in 2018, publié dans la revue Optics & Photonics News (OPN). Les découvertes des professeurs José Azaña et Jinyang Liang se classent parmi les 30 plus inspirantes de l’année internationalement selon le comité spécial réuni par l’OSA. Ils sont les seuls chercheurs du Canada à figurer dans cette prestigieuse sélection.
 
Les professeurs José Azaña et Jinyang Liang de l'INRS
 
 
Cape d’invisibilité spectrale
Récemment, l’équipe de José Azaña a été la première à démontrer qu’il est possible de dissimuler un objet éclairé par une lumière à large spectre sans altérer le profil de l’onde d’illumination. Sa nouvelle approche à l’invisibilité est désignée dissimulation spectrale (spectral invisibility cloaking). 
 
 
 
Dans la dernière décennie, une multitude de méthodes destinées à dissimuler un objet à la manière d’une cape d’invisibilité ont été dévoilées. Pour qu’une dissimulation soit parfaite, l’onde d’illumination et la cible ne doivent pas interagir. Il faut veiller à ce que le profil spatio-temporel de l’onde ne soit pas modifié, ni par la cible, ni même par le dispositif de dissimulation. De plus, une véritable cape d’invisibilité doit pouvoir dissimuler un objet d’une illumination à large spectre, c’est-à-dire composée de plusieurs fréquences, ou couleurs, comme c’est le cas pour la lumière blanche. 
 
Or, les solutions proposées jusqu’à présent consistaient à dévier la propagation lumineuse autour d’un objet et étaient efficaces pour une seule fréquence. Inévitablement, ces approchent modifient le profil temporel d’une onde à large spectre, dévoilant la présence de la cape d’invisibilité.
 
La technique de dissimulation proposée par l’équipe d’Azaña redistribue de façon réversible le spectre de l’onde d’illumination vers des fréquences où l’objet est transparent. L’onde ainsi transformée peut se propager librement à travers l’objet, évitant toute interaction avec celui-ci. Le profil initial de l’onde peut être rétabli une fois l’objet passé, de sorte que l’objet est invisible pour un observateur qui détecterait l’onde reconstruite. 
 
Les chercheurs de l’INRS ont démontré ce concept avec de l’équipement communément utilisé en fibres optiques. La notion de dissimulation spectrale ouvre donc le chemin vers le développement de capes d’invisibilité convenables pour des objets physiques sous une illumination réaliste, tout en ouvrant de nouvelles opportunités concrètes dès maintenant en télécommunications et en traitement d’information, entre autres.
 
OPN Optics in 2018: Spectral Invisibility Cloaking 
 
 
 
La caméra la plus rapide du monde
Le professeur de l’INRS Jinyang Liang a développé T-CUP : la caméra la plus rapide du monde, capable de saisir dix billions d’images par seconde. Cette nouvelle caméra permet littéralement de suspendre le temps, de voir les phénomènes au ralenti extrême. 
 
 
 
Les techniques d’imagerie actuelles requièrent que les mesures prises à l’aide d’impulsions lasers ultrabrèves soient répétées à de nombreuses reprises, ce qui convient à certains types d’échantillons inertes, mais qui est impossible pour d’autres plus fragiles. Prenons un échantillon de tissu biologique vivant : il ne peut supporter qu’une seule impulsion laser et on dispose donc de moins d’une picoseconde pour saisir ce qui en résulte. En augmentant de cent fois la vitesse d’imagerie en temps réel, établissant le record du monde, T-CUP peut alimenter une nouvelle génération de microscopes pour des applications biomédicales et en science des matériaux, par exemple. D’un point de vue fondamental, cette caméra ouvre la voie à l’analyse des interactions entre la lumière et la matière dans une résolution temporelle inégalée.
 
Dans sa première utilisation, la caméra ultrarapide a capté, en temps réel et pour la première fois, la focalisation temporelle d’une seule impulsion laser femtosecondes. Ce processus a été enregistré en 25 images prises à 400 femtosecondes d’intervalle et détaillant la forme, l’intensité et le degré d’inclinaison de l’impulsion lumineuse. 
 
OPN Optics in 2018: Glimpsing Laser Focusing at 10 Trillion Frames per Second
 
 
 
 
Qui se démarquera en 2019?
Le classement annuel de l’OSA, qui célèbre la science de l’optique, anime le mois de décembre des professeurs du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS depuis quelques années. Les travaux de l’équipe du professeur Roberto Morandotti y figuraient deux fois plutôt qu’une en 2017 et une fois en 2016. Pour le professeur José Azaña, il s’agit d’un retour dans cette rubrique spéciale, lui dont l’équipe s’y était démarquée en 2014, 2016 et 2017. Enfin, le professeur Jinyang Liang avait également été remarqué par l’OSA en 2015, alors qu’il était à la Washington University à St-Louis, Missouri, aux États-Unis.
 
Les paris sont donc ouverts : quelles seront les découvertes les plus frappantes en 2019?
 

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