Matinée thématique IETR/UR1 : le moment angulaire orbital des ondes électromagnétiques

À l'occasion de la venue à Rennes de Bo THIDÉ (Université d’Uppsala, Suède), inventeur de l’utilisation de l’OAM (orbital angular momentum) en radio.

Description

Une onde électromagnétique est caractérisée par son amplitude, son vecteur d’onde, sa fréquence, mais aussi par son moment angulaire. Le moment angulaire d'une onde électromagnétique représente ses caractéristiques mécaniques. Il se décompose en deux parties :

  • Le moment angulaire de spin (SAM – Spin Angular Momentum). Il concerne la rotation du photon autour de son axe propre. En radiofréquence, on l’associe à la polarisation circulaire (rotation du vecteur champ électrique autour de l'axe de propagation),
  • Le moment angulaire orbital (OAM – Orbital Angular Momentum). Il concerne la rotation du photon autour d’un axe extérieur à lui-même. L’ensemble des photons d’un faisceau tourne autour d’un axe unique qui devient l’axe du faisceau. En radiofréquence, le champ électrique (ainsi que magnétique) tourne autour de l’axe de propagation.

De nombreuses études ont été menées autour de l’utilisation du moment angulaire de spin. Elles ont apporté des développements importants dans les domaines des télécommunications et du radar. Par contre, la très grande majorité des travaux sur l’OAM a été réalisée en optique. Cet OAM pourrait également se révéler très utile en radio, et être exploité comme une nouvelle diversité pour les télécommunications et les radars.

En radio, les premiers travaux théoriques datent de 2007 et 2010. La 1ère transmission, mettant en évidence la capacité de coder de l’information en utilisant l’OAM, a été réalisée en 2012 dans des conditions particulières (au-dessus du Grand Canal de Venise).

Malgré cela, de nombreuses questions restent en suspens pour définir et réaliser des systèmes opérationnels exploitant l’OAM. L’objet de cette matinée est de faire un point sur les dernières avancées sur la physique et les applications du moment angulaire orbital d’une onde électromagnétique, dans les domaines radio et optique.