Fotónica de la naturaleza investigación publicada hoy por un equipo de Sudáfrica e Italia que demuestra un nuevo tipo de láser que es capaz de producir rayos láser 'con un giro' como salida. Las salidas y superposiciones del nuevo tipo de láser forman un conjunto de rayos, llamados rayos de vórtice vectorial. Usando la fase geométrica dentro de los láseres por primera vez, el trabajo abre el camino a nuevos láseres para la comunicación óptica, el mecanizado láser y la medicina.
La idea fue concebida por el profesor Andrew Forbes de la Universidad de Witwatersrand Wits, quien también dirigió la colaboración mientras que todos los experimentos clave fueron realizados por el Dr. Darryl Naidoo del Consejo de Investigación Científica e Industrial CSIR.Los miembros del equipo del Prof. Stef Roux Wits y el CSIR, la Dra. Angela Dudley Wits y el CSIR y el Dr. Igor Litvin CSIR contribuyeron significativamente al trabajo. La óptica de fase geométrica personalizada, sin la cual la realización de la ideano sería posible, fueron producidos por el equipo italiano de la Universidad de Nápoles, Prof. Lorenzo Marrucci y Prof. Bruno Piccirillo.
"Todos estamos familiarizados con el momento angular en nuestra vida cotidiana: la Tierra girando lleva el momento angular de giro mientras que la Tierra en órbita transporta el momento angular orbital OAM. La luz también puede transportar el momento angular: a través de su polarización giro y a través desu patrón y fase OAM ", dice Forbes.
Producir luz con un giro controlado en un láser se conoce desde hace décadas, pero producir rayos OAM dentro de un láser no es tan simple. El OAM portador de luz se crea girando la fase de la luz en una forma helicoidal, formando una espiral. Porquela torsión del patrón se vuelve más y más apretada a medida que te mueves hacia el centro del haz, la luz desaparece y esos rayos a menudo se denominan rayos en forma de rosca o rayos de vórtice. El problema es que, por lo general, los láseres no pueden distinguir entre la luz que se gira en el sentido de las agujas del relojy la luz que se tuerce en sentido antihorario, por lo que el láser simplemente da una combinación de ambos de manera descontrolada. Además, la combinación de componentes giratorios y orbitales para producir rayos generales de un solo láser que son mezclas de los dos momentos, no se handemostrado antes.
"Nuestra novedad fue darnos cuenta de que al utilizar una óptica de fase geométrica personalizada para mapear la polarización a OAM, el láser podría diseñarse para diferenciar la luz en sentido horario y antihorario", dice Forbes. El control se logra simplemente girando unelemento óptico único dentro del láser, sin necesidad de realineación. Estos rayos se han utilizado en comunicación óptica, atrapamiento óptico de micropartículas y metrología, y ahora un solo láser puede crearlos bajo demanda.
La fase geométrica de la luz es un concepto muy abstracto, que apareció por primera vez en la teoría cuántica, pero aquí los investigadores lo han utilizado para crear tipos particulares de luz retorcida. La óptica personalizada, llamada placa q, cambia la orientación manual del OAMtorsión de acuerdo con la orientación del giro de polarización, mapeando una a la otra. Por ejemplo, si la luz polarizada en sentido horario sin fase trenzada pasa a través de la óptica, la salida es luz polarizada en sentido antihorario con un giro en sentido horario en fase. Al colocar este elementodentro del láser, el giro en la polarización giro controlaba el giro lateral del giro en OAM, por lo que la salida podía controlarse en cualquiera de los dos. "Nos gusta llamar a esto un láser espiral porque tanto la polarización como el OAM del haz dan lugar aluz que gira o se retuerce de formas complicadas ", dice Forbes.
Es importante destacar que el mismo láser puede producir cualquier combinación de estos rayos OAM y varias polarizaciones de la luz. El equipo pudo demostrar que el resultado fue la generación de rayos de vórtice vectoriales arbitrarios, conocidos como rayos de esfera de Poincaré de orden superior. Por ejemplo, además de los casos especiales de los haces OAM, el mismo láser también produce luz polarizada radial y azimutalmente, donde la polarización dirección del campo eléctrico cambia en el espacio. Por ejemplo, la luz polarizada radialmente tiene el campo siempre apuntando en dirección opuesta alcentro del círculo, que es muy útil para cortar y perforar metales. Estos haces a menudo se denominan haces 'vectoriales' porque la polarización cambia a través del haz. Cuando el patrón de polarización permanece constante a lo largo del haz, se denomina haz 'escalar'En el trabajo informado, los investigadores han demostrado que cualquiera de las dos puede crearse a partir del mismo láser.
"Debe comprender que los rayos láser de vórtice vectorial han demostrado ser inmensamente útiles en el mecanizado de metales y otros materiales con láser, por ejemplo, en la industria automotriz. Pero hasta ahora no hemos podido producirlos todos en un solo láser,"dice Naidoo, quien realizó los experimentos como parte de sus estudios de doctorado y quien es el autor principal del artículo.
Es probable que el concepto de láser atraiga el interés de las comunidades académica e industrial. Los haces de vórtice escalares y vectoriales que existen en la esfera de Poincaré de orden superior tienen muchas aplicaciones, como microscopía, imágenes, mecanizado láser y comunicación en el espacio librey en fibras. A menudo uno tiene que decidir de antemano qué rayo es el más deseable y luego diseñar un láser para él. Ahora es posible tener tales rayos disponibles bajo demanda desde un solo láser.
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Materiales proporcionado por Universidad de Witwatersrand . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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