Красноярские физики научились контролировать дифракцию пучков закрученного света

Ученые рассчитали и экспериментально показали, как можно управлять не только количеством и распределением дифракционных максимумов взаимодействующих пучков так называемого закрученного света, но и орбитальным угловым моментом в каждом максимуме.

new_20072020.jpgВ перспективе результаты исследований могут быть использованы для развития методов оптической передачи информации. Результаты исследования опубликованы в журнале Optics Letters.

Любите ли вы макароны Фузилли? Для человека, незнакомого с этим видом пасты, интернет-экскурс в гастрономию может совпасть с уроком по современной оптической физике. Дело в том, что изображение итальянских спиралевидных макарон часто используют для иллюстрации закрученного света. Кулинарная аналогия практически ничего не говорит о природе этого явления, но, по крайней мере, создает в голове читателя некий устойчивый образ. Для детального понимания природы закрученного света придется погрузиться в физику намного глубже.

Интерес к закрученному свету во многом связан с возможностью использовать его для повышения емкости световых каналов передачи информации. Когда физики говорят о закрученности, они подразумевают наличие у объекта такой величины, как орбитальный угловой момент. В упрощенном приближении свет, закрученный по-разному, обладает отличающимися значениями углового момента. При передаче информации по световым каналам, например, оптоволоконным линиям, важно управлять различными характеристиками света. Чем большим количеством параметров света можно управлять, тем большее количество информации будет «упаковано» в одном и том же носителе. Самый простой вариант управления – включение-выключение или изменение интенсивности света. Если же вспышки света могут отличаться еще и угловым моментом, то информационная емкость системы может возрасти.

Ученые Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» и Сибирского федерального университета выполнили теоретические расчеты и показали, как можно управлять дифракцией лазерных лучей, обладающих орбитальным угловым моментом. Устройство для экспериментальной демонстрации состоит из гелий-неонового лазера, модулятора света, линзы и принимающей камеры. Ключевой элемент системы – модулятор света. Его настройки были рассчитаны таким образом, чтобы получать дифракционную картину с заданными свойствами – количеством максимумов, их распределением и интенсивностью, значениями орбитального углового момента в каждом максимуме. Ученые отмечают, что при взаимодействии пучков света с различными орбитальными угловыми моментами возникают уникальные дифракционные картины. Если же увеличить количество взаимодействующих компонент с различными угловыми моментами, то количество неповторяющихся распределений интенсивности света повысится.

«Мы показали, как можно управлять дифракцией пучков закрученного света. Несмотря на ряд ограничений, наш подход позволяет контролировать количество и взаимное расположение дифракционных максимумов с заданным орбитальным угловым моментом. Метод подходит для создания как одномерных (единственный луч), так и двумерных наборов из пучков закрученного света, что открывает новые возможности для сингулярной оптики в целом, и оптической передаче информации, в частности. Кроме того, данный подход может быть реализован в устройствах оптических пинцетов в медицине и биологии”, – рассказал один из авторов работы, кандидат физико-математических наук, заместитель директора по научной работе Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Андрей Вьюнышев.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект 19-12-00203).