Lazerio spindulyje aptikti optiniai „dūmų žiedai“

Anksčiau nežinomi žiediniai sūkuriai galėjo sudaryti galimybes naujoms programoms

Galingi lazeriai tam tikromis sąlygomis sukuria nežinomą sūkurį © „Frater“
skaityti garsiai

Stebinantis atradimas: Fizikai atrado anksčiau nežinomus optinius sūkurius lazerio spinduliuose. Šie žiediniai energijos sūkuriai šviesos greičiu juda išilgai pluošto. Priešingai nei kiti žinomi lazerio moduliavimai, šiuos sūkurius sukelia ne poliarizacija, o bangos pavidalo šviesos fazės moduliacija. Šie optiniai „dūmų žiedai“ gali atverti įvairias programas, teigia mokslininkai žurnale „Physical Review X“.

Lazerio spinduliu fotonai juda linkme: visi jie turi vienodą bangos ilgį ir fazę. Be to, šviesa pluošte yra beveik lygiagreti, todėl lazerio spindulys sunkiai plyšta didesniais atstumais. Vis dėlto, esant dideliam energijos pluoštui, taip pat įmanoma generuoti sūkurius: vadinamasis orbitalinis kampinis impulsas suka sijos kamščiatraukį panašiu į save - kuris, pavyzdžiui, gali būti naudojamas informacijai užkoduoti.

Optiniai "dūmų žiedai"

Dabar Howardas Milchbergas iš Merilando universiteto su kolegomis atrado dar vieną iki šiol nežinomą sūkurio formą lazerio spinduliu. Didelės galios lazeriuose žiedinės fazės sukimosi sritys formuojasi išilgai pluošto. Šiose spurgos formos zonose šviesos energija juda apskritimu iš vidaus į išorę ir vėl atgal.

„Tai tarsi dūmų žiedas, judantis šviesos greičiu“, - aiškina Milchbergas. Šie vadinamieji erdviniai spiraliniai optiniai sūkuriai (STOV) atsiranda todėl, kad labai daug energijos reikalaujantys lazerio pluoštai veikia kaip lęšiai ir patys gali sufokusuoti pluošto kelią. Dėl to tam tikromis sąlygomis susidaro subtilūs fazių poslinkiai tarp spindulio centro ir periferijos.

„Spatiotemporal“ optiniai sūkuriai (STOV) yra panašūs į žiedinius sūkurius, kurie juda kartu su sija šviesos greičiu. © Howardas Milchbergas

Visuotinai prieinamas, bet iki šiol nepastebėtas

Kaip paaiškina fizikai, šis fazės poslinkis pasiekiamas 180 laipsnių kampu tarp išorės ir vidaus ir susidaro ties tokio optinio žiedo sūkurio, esančio tarp centro ir spindulio periferijos, kraštu. Jie daro prielaidą, kad šių optinių „dūmų žiedų“ yra visuose galinguose lazerio spinduliuose, bet jie iki šiol nebuvo atrasti. displėjus

„Lazeriai buvo tyrinėjami dešimtmečius ir dabar paaiškėja, kad šie žiedai visą laiką buvo mūsų nosyje“, - sako Milchbergas. „Tai yra tvirta, spontaniška savybė, kuri visada yra.“ STOV egzistavimas galėtų paaiškinti kai kurias iki šiol paslaptingas didelės galios lazerių savybes ir reiškinius.

Visos naujos programos

Iki šiol tokie sūkuriniai žiedai buvo žinomi tik iš akustikos ir srauto dinamikos jie atsiranda, pavyzdžiui, ten, kur susitinka greiti ir lėti srautai. Tačiau optikoje šis slankstelių tipas anksčiau nebuvo žinomas. Tikslios šių žiedo formos lengvųjų sūkurių savybės dar turi būti ištirtos, tačiau tyrėjai mato puikias naujų pritaikymo galimybių galimybes.

„Šie dūmų žiedų sūkuriai galėtų turėti dar daugiau pritaikymų nei anksčiau žinomi optiniai sūkuriai“, - aiškina pirmasis autorius Nihal Jhajj iš Merilando universiteto. „Kadangi jie yra dinamiški laike, jie juda kartu su spinduliu.“ Tai gali būti naudojama, pavyzdžiui, dalelėms pagreitinti iki šviesos greičio.

Tačiau naujai atrasti šviesos sūkuriai taip pat galėtų padėti sukurti geresnius mikroskopus ir padidinti optinio ryšio pralaidumą. Šiuo metu tyrėjai siekia sukurti tokius optinius dūmų žiedus su mažesnės energijos lazeriais. („Fizinė apžvalga“, 2016 m.; „Doi“: 10.1103 / „PhysRevX.6.031037“)

(Merilendo universitetas, 2016 09 12 - NPO)