Изучение последних разработок пространственно-временных вихрей света.

31 мая 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

Китайской академии наук

Световые вихри, нулевые области интенсивности, окруженные спиральными фазами, составляют скелет волнового поля и влияют на свойства света. С момента открытия тесной связи оптических вихрей и орбитального углового момента (ОУМ) света в основополагающей статье в 1992 году был достигнут значительный прогресс в исследованиях, раскрывающих красоту световых вихрей.

Многочисленные применения оптического ОУМ были обнаружены как в классической, так и в квантовой оптике, включая оптическую связь, квантовую запутанность и криптографию, оптический пинцет, приводной момент микромашины, вращательный доплеровский сдвиг и визуализацию.

В новой статье, опубликованной в журнале eLight, группа ученых под руководством профессора Цивен Чжана из Шанхайского университета науки и технологий изучила последние разработки пространственно-временных вихрей света.

Оптические вихри имеют азимутальную фазовую зависимость. ОУМ, переносимый каждым фотоном, пропорционален топологическому заряду и квантован. Спиновый угловой момент (SAM), связанный с состояниями круговой поляризации, ограничен, но OAM на фотон теоретически неограничен. Направление углового момента света обычно направлено вдоль направления распространения.

Десять лет назад возник интерес к поперечному САМ, и поперечно вращающиеся электрические поля были обнаружены в сильно сфокусированных лучах и затухающих волнах. Слово «фотонное колесо» описывает ортогональную связь между направлением SAM и направлением распространения. Аналогично, быстро растущий интерес вызывают оптические вихри, несущие поперечный ОУМ.

Наклонные вихри света были предсказаны с помощью специальной теории относительности. Наблюдатель, движущийся в поперечном направлении, видит пространственный оптический вихрь, близкий к скорости света, как наклонный вихрь. Пространственно-временные оптические вихри (STOV), занимающие небольшую долю общей энергии, впервые наблюдались в фемтосекундных нитях в воздухе.

Позднее с помощью линейной оптики была продемонстрирована управляемая генерация СТОВ с поперечным ОУМ. Сообщалось о генерации второй гармоники (ГВГ) поперечного ОУМ и продемонстрировано сохранение ОУМ. Также был выполнен строгий расчет поперечного ОУМ и сопряжение поперечного ОУМ и ЗУР.

Были разработаны схемы генерации STOV с использованием метаповерхностей и фотонных кристаллов. Несомненно, экспериментальная реализация STOV вызвала растущий интерес к STOV и стимулировала их потенциальное применение в различных оптических явлениях. Следует отметить, что эта статья посвящена самым последним достижениям, связанным с STOV. Читатели, интересующиеся последними разработками в области более общих пространственно-временных волновых пакетов и структурированных волн, могут обратиться к нескольким обзорным статьям, цитируемым в этой работе.

Больше информации: Ченхао Ван и др., Оптические пространственно-временные вихри, eLight (2023). DOI: 10.1186/s43593-023-00042-6

Предоставлено Китайской академией наук