Разработан способ сгибать свет в вихревое кольцо с помощью зеркал, лазеров и линз
Группа исследователей из Шанхайского университета науки и технологий и Дейтонского университета разработала способ сгибать свет в вихревое кольцо с помощью зеркал, лазеров и линз. В своем исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics, группа основывалась на работе, проделанной другими командами, в которых случайно наблюдались вихревые кольца, а затем математически разработала систему, которая могла генерировать их по запросу.
Схема экспериментальной установки. Чирпированный импульс от лазерного источника разделяется на сигнальный импульс и опорный импульс. Импульс сигнала преобразуется в импульс пространственно-временного вихря (STOV) после двумерного формирователя импульса. Пространственно-временной вихрь вытягивается вдоль линии вихря, а затем преобразуется в тороидальный вихрь посредством системы конформного картографирования афокального типа. Тороидальный вихрь характеризуется интерференцией с дечирпированным опорным импульсом. Предоставлено: Nature Photonics (2022). DOI: 10.1038/s41566-022-01013-y
В 2016 году другая группа исследователей обнаружила, что при правильных обстоятельствах сильные импульсы света, вращающиеся вокруг центрального импульса в форме трубы, иногда могут образовывать вихрь в форме пончика. Заинтригованные находкой, исследователи этой новой попытки начали задаваться вопросом, возможно ли создать такие вихревые кольца по запросу.
Они начали с изучения свойств и условий, которые привели к образованиям, наблюдаемым командой в 2016 году, и применили математику к проблеме. Они нашли решения, которые, казалось, показывали, как можно сделать такие кольца — в частности, они обнаружили, что решения уравнений Максвелла можно использовать для создания требуемого конформного отображения.
Исследователи собрали комбинацию материалов, которая привела бы к реальной реализации их математических решений. Они начали с модификации стандартного лазера для генерации импульсов определенного типа. Они добавили зеркала, линзы, решетки и специальные типы жидкокристаллических экранов для прохождения импульсов. Каждая из частей по-своему воздействовала на свет.
Исследователи отмечают, что система сначала преобразовала импульсы света в длинную узкую форму, что дало возможность другим частям света вращаться. После того как другой свет прошел через систему, закрученный свет соединился, как ветры в торнадо, образуя кольцо.
Исследователи планируют продолжить свою работу, надеясь узнать, можно ли создать вихрь другой формы. Они отмечают, что их работа может предоставить чертежи для других, желающих лучше понять формирование тороидальных вихрей, которые образуются естественным путем.
