Diffraction de Fresnel

En optique et électromagnétisme, la diffraction de Fresnel, encore nommée diffraction en champ proche ou approximation de Fresnel, est une description en champ proche du phénomène physique de diffraction qui apparaît lorsqu'une onde diffracte à travers une ouverture ou autour d'un objet. Elle s'oppose à la diffraction de Fraunhofer qui décrit le même phénomène de diffraction mais en champ lointain. À l'opposé de la diffraction de Fraunhofer, la diffraction de Fresnel doit prendre en compte la courbure du front d'onde, afin de rendre correctement le terme de phase des ondes interférentes en champ proche (voir principe de Huygens). Les deux formulations ne sont pas incompatibles : lorsque la distance augmente, c'est-à-dire lorsqu'on se place en champ lointain, le rayon de courbure des ondes sortantes diffractées devient très grand, si bien que ces ondes peuvent être approximées par des ondes planes selon la direction du plan image : on retrouve alors la diffraction ou approximation d

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Gigahertz free-space electro-optic modulators based on Mie resonances

Ileana-Cristina Benea-Chelmus

Electro-optic modulators are essential for sensing, metrology and telecommunications. Most target fiber applications. Instead, metasurface-based architectures that modulate free-space light at gigahertz (GHz) speeds can boost flat optics technology by microwave electronics for active optics, diffractive computing or optoelectronic control. Current realizations are bulky or have low modulation efficiencies. Here, we demonstrate a hybrid silicon-organic metasurface platform that leverages Mie resonances for efficient electro-optic modulation at GHz speeds. We exploit quasi bound states in the continuum (BIC) that provide narrow linewidth (Q = 550 at lambda(res) = 1594 nm), light confinement to the non-linear material, tunability by design and voltage and GHz-speed electrodes. Key to the achieved modulation of Delta T/T-max = 67% are molecules with r(33) = 100 pm/V and optical field optimization for low-loss. We demonstrate DC tuning of the resonant frequency of quasi-BIC by Delta lambda(res) = 11 nm, surpassing its linewidth, and modulation up to 5 GHz (f(EO,- 3dB) = 3 GHz). Guided mode resonances tune by Delta lambda(res) = 20 nm. Our hybrid platform may incorporate free-space nanostructures of any geometry or material, by application of the active layer post-fabrication.

NATURE PORTFOLIO2022

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Refinement for single-nanoparticle structure determination from low-quality single-shot coherent diffraction data

Christoph Bostedt, Christophe Nicolas

With the emergence of X-ray free-electron lasers, it is possible to investigate the structure of nanoscale samples by employing coherent diffractive imaging in the X-ray spectral regime. In this work, we developed a refinement method for structure reconstruction applicable to low-quality coherent diffraction data. The method is based on the gradient search method and considers the missing region of a diffraction pattern and the small number of detected photons. We introduced an initial estimate of the structure in the method to improve the convergence. The present method is applied to an experimental diffraction pattern of an Xe cluster obtained in an X-ray scattering experiment at the SPring-8 Angstrom Compact free-electron LAser (SACLA) facility. It is found that the electron density is successfully reconstructed from the diffraction pattern with a large missing region, with a good initial estimate of the structure. The diffraction pattern calculated from the reconstructed electron density reproduced the observed diffraction pattern well, including the characteristic intensity modulation in each ring. Our refinement method enables structure reconstruction from diffraction patterns under difficulties such as missing areas and low diffraction intensity, and it is potentially applicable to the structure determination of samples that have low scattering power.

INT UNION CRYSTALLOGRAPHY2020

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Multispectroscopic Study of Single Xe Clusters Using XFEL Pulses

Christoph Bostedt, Christophe Nicolas

X-ray free-electron lasers (XFELs) deliver ultrashort coherent laser pulses in the X-ray spectral regime, enabling novel investigations into the structure of individual nanoscale samples. In this work, we demonstrate how single-shot small-angle X-ray scattering (SAXS) measurements combined with fluorescence and ion time-of-flight (TOF) spectroscopy can be used to obtain size- and structure-selective evaluation of the light-matter interaction processes on the nanoscale. We recorded the SAXS images of single xenon clusters using XFEL pulses provided by the SPring-8 Angstrom compact free-electron laser (SACLA). The XFEL fluences and the radii of the clusters at the reaction point were evaluated and the ion TOF spectra and fluorescence spectra were sorted accordingly. We found that the XFEL fluence and cluster size extracted from the diffraction patterns showed a clear correlation with the fluorescence and ion TOF spectra. Our results demonstrate the effectiveness of the multispectroscopic approach for exploring laser–matter interaction in the X-ray regime without the influence of the size distribution of samples and the fluence distribution of the incident XFEL pulses.

2019

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Diffraction

thumb|Phénomène d'interférences dû à la diffraction d'une onde à travers deux ouvertures. La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle ou une ouverture ; le phén

Optique

L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, de son comportement et de ses propriétés, du rayonnement électromagnétique à la vision en passant par les systèmes utilisant ou émet

Augustin Fresnel

Augustin Jean Fresnel, né le à Broglie et mort le à Ville-d'Avray, est un ingénieur et physicien français dont les recherches en optique ont conduit à l'acceptation définitive de la théorie ondulato

CH-417: Optical methods in chemistry

Introduction and application of photon based tools for chemical sciences: from basic concepts to optical and x-ray lasers

MSE-352: Introduction to microscopy + Laboratory work

Ce cours d'introduction à la microscopie a pour but de donner un apperçu des différentes techniques d'analyse de la microstructure et de la composition des matériaux, en particulier celles liées aux microscopies électronique et optique. Le cours comprend des cours ainsi que des démonstrations.

PHYS-405: Experimental methods in physics

The course's objectivs are: Learning several advenced methods in experimental physics, and critical reading of experimental papers.