Pression de radiation et forces de cohésion optiques
publicité
Laboratoire d’Interférométrie Stellaire et Exoplanétaire Collège de France Observatoire de Haute Provence 04870 Saint Michel l’Observatoire, France Pression de radiation et forces de cohésion optiques: Application au « Laser Trapped Mirror » Marc Guillon Séminaire présenté au collège de France le 6 février 2007 Le radiomètre de Crookes (1875) Forces Optiques n E, B "Pmeca "g + !!! $ d% = ! T$# n# da "t "t r r r E(H g= 2 c conservation de l’impulsion Impulsion EM & + )* 2 2 2 T)* = , 0 $ E) E* + c 2 B) B* ' E +c B $ 2 % ( Etot = Einc + Escat # )!! Tenseur de Maxwell " Champ total Billes sphériques: trois régimes ! a a << ! a~! a >> ! Régime dipolaire Régime de Mie (résonant) Régime classique Forces Optiques: La pression de radiation. Fscat Fscat " I .S . cos 2 ! k F= c k I .! k F= c k A. Ashkin, Phys. Rev. Lett. 24, 156-159 (1969) Pression de radiation Forces Optiques: La force de gradient. (cas a >> !) A. Ashkin, Phys. Rev. Lett. 24, 156-159 (1969) Réseau de pièges en nid d’abeille M.M. Burns, J.-M. Fournier, J.A. Golovchenko, Science 249, 749-754 (1990) Principe de la pincette optique A. Ashkin, J.M. Dziedzic, J.E. Bjorkholm, S. Chu, Opt. Lett. 11, 288-290 (1986) Pincette Optique Forces de cohésion Cristallisation J.-M. Fournier, M.M. Burns, J.A. Golovchenko, Proc. SPIE Cambridge (MA) 2406, 101-111 (1995). Principe du “Laser Trapped Mirror” (LTM) CCD Mirror TRAPPED MIRROR Particle source Laser Mirror A. Labeyrie, Astron. Astroph, 77, L1-L2, , 1979 Star Light Position possible dans l’espace • Dans l’ombre d’une planète ou d’un astéroïde • Photopiles éclairées par le soleil Principe & Objectifs #$=%&/2 #$=0 #$=&/2 • Coefficient de reflexion à la longueur d’onde de piégeage=50% • Structure auto-organisée • Coefficient de réflexion / pas de structure • Mirroir Ø >100m • Intensité de piégeage < 1W.m-2 A. Labeyrie, M. Guillon, J.-M. Fournier, Proc. SPIE 5899-0V (Aug. 2005) 300µm 20µm Piège optique utilisé Expérience montée au LISE (Obs. de Haute Prov.) MS gouttelettes d’huile Cam. OM LED !/4 P M 150mW 532nm Géométrie du piège optique Energie Piégeage dans les franges. M. Guillon, O. Moine, B. Stout, Phys. Rev. Lett. 96, 143902 (2006). Forces de cohésion entre grosse gouttelettes 3µm Modelisation dans l’approximation des rayons lumineux Résonances de galerie Section efficace de diffusion n>1 Spectre diffusé: principe de la mesure n=1.52 r=1.247µm Spectro Source polarisée à spectre large Forces de cohésion entre grosse gouttelettes 3µm Régime dipolaire (ka<1) r r P = 4"# 0! .E P & n?' 1 # 3 ( =$ !a % n?+ 2 " Potentiel de piégeage W = #2" .k 2! Polarisabilité Scattering force I k 2c F= 1 3 2 I k (k ! ) 2 6" k ck Forces de cohésions entre deux dipoles (ka<1) f(kd) .E20 E10 E20 Interaction à longue distance •Positions d’équilibre stable tout les ! Chaîne de pas ! !/2 Champ diffusé et propagé dans la chaîne Approximation d’invariance par translation: Exaltation de champ Solution exacte Approximation d’invariance par translation k3'=0.86 M. Guillon, Opt. Exp. 14, 3045-3055 (2006) Energie de cohésion dans la chaîne Ndip=30 k3'=0.86 Auto-organisation par pression de radiation Ecart à la périodicité ! k3'=0.86 Ndip=40 Forces de cohésion: effet de l’auto-organisation Chaîne auto-organisée k3'=0.86 Ndip=40 chaîne de pas ! Self-arrangement x104 Wo x50 k3'=0.86 M. Guillon, Proc. SPIE, San José, 6483-1 (Jan. 2007) Instabilité des longues chaînes Ndip=60 Chaîne de gouttelettes 5µm M. Guillon, Proc. SPIE, San José, 6483-1 (Jan. 2007) Structure de la chaîne: effet des interactions optiques Piégeage dans les franges 2.n!/2 = n! Paramètres expérimentaux • • • • Gouttelettes d’eau salée Contrast d’indice entre 1.33 et 1.54 Diamètre des particules < 800nm Distance de séparation moyenne ~ 4µm • Particules chargées Force non-conservative. F = ! grad (V ) Particules à piéger… • Solide – Dispersion (forces de Van der Waals) – Taille – Forme • Gouttelettes – Photopolymerisation? – Dispersion de tailles • Gaz – PhotoCVD Miroir large bande: des quilles? Ondes stationnaires polychromatiques • Miroir large-bande pour l’observation • 50% de réflectivité à la longueur d’onde de piégeage • … forces de cohésions optiques optimisées entre les quilles A Suivre...
