Ny forskning visar att ultrasnabba laserpulser kan skapa rökringliknande virvlande strukturer som, när de är anslutna till varandra, kan bära och överföra enkel bildinformation. Denna upptäckt ger nya möjligheter till området för optisk kommunikation och informationsöverföring.
Tidigare observerades virvlar vanligtvis bara i vatten och luft, men en forskargrupp ledd av Howard Milchberg vid University of Maryland fann att liknande virvelstrukturer också kan bildas i ljusstrålar, så kallade virvelringar. I denna struktur vrids och snurrar ljuspartiklar (eller fotoner) som luftpartiklar i en rökring.
Milchberg påpekade att med den ökande populariteten för teknik för att skapa virvlar i ljus, är tillämpningsmöjligheterna för denna struktur mycket breda. "Det här området utvecklas snabbt, och nya användningsområden för dessa strukturer inom optik utforskas. Bland dem är informationsbärande kapacitet en aspekt av särskilt intresse."
För att realisera laservirvelringen gav forskargruppen framgångsrikt laserpulsen en munkliknande form och de roterande egenskaperna hos en rökring genom att exakt justera ljusets intensitet och fas.
Ljus är en elektromagnetisk våg vars fas bestämmer positionen för varje del av vågen under dess oscillation. Eftersom dessa laserpulser varar mindre än en miljondels sekund kan de önskade formerna och egenskaperna endast skapas om de ges ett specifikt fasvärde vid en specifik tidpunkt.
Under experimentet använde teamet en serie linser, räfflade kristaller och en "spatial ljusmodulator" som liknar en liten projektor för att leverera laserpulser. När pulser passerar genom dessa enheter och når detektorn, antar de formen av en sträng av virvelringar, kända som "rymdtidsvirvelsträngar". Den största vortexringen laget har byggt består av 28 olika virvelringar.
Därefter kodade forskarna sin logotypbild till en rad virvelringegenskaper. Som ett bevis på principen överförde de framgångsrikt en bild på 16 384 pixlar med hjälp av en sträng med 16 virvlar. De räknar dock med att i möjliga framtida experiment skulle en sträng som innehåller 28 virvelringar vara en mer effektiv metod för att överföra stora mängder information på kort tid.
Att skapa munkliknande virvlar med ljus kräver en hög grad av precision och uppmärksamhet på detaljer, säger Alan Willner från University of Southern California. Forskargruppen har dock gett några "recept"-liknande riktlinjer som kommer att bidra till att skapa fler olika typer av virvelstrukturer i framtiden.
För närvarande försöker forskargrupper runt om i världen att designa olika intressanta strukturerade lampor för att utforska deras potentiella tillämpningsvärde. I framtiden kommer forskare att ge fler nya genombrott i olika strukturerade ljus.
