Новое исследование показывает, что сверхбыстрые лазерные импульсы могут создавать закрученные структуры, похожие на кольца дыма, которые при соединении друг с другом могут переносить и передавать простую информацию об изображении. Это открытие открывает новые возможности в области оптической связи и передачи информации.
Раньше вихри обычно наблюдались только в воде и воздухе, но исследовательская группа под руководством Говарда Милчберга из Университета Мэриленда обнаружила, что подобные вихревые структуры также могут образовываться в световых лучах, известных как вихревые кольца. В этой структуре легкие частицы (или фотоны) крутятся и вращаются, как частицы воздуха в кольце дыма.
Мильхберг указывал, что с ростом популярности технологии создания вихрей в свете перспективы применения этой структуры очень широки. «Эта область быстро развивается, и исследуются новые возможности использования этих структур в оптике. Среди них особую озабоченность вызывает способность передавать информацию».
Чтобы реализовать лазерное вихревое кольцо, исследовательская группа успешно придала лазерному импульсу форму пончика и вращающиеся характеристики дымового кольца, точно регулируя интенсивность и фазу света.
Свет — это электромагнитная волна, фаза которой определяет положение каждой части волны во время ее колебаний. Поскольку эти лазерные импульсы длятся менее миллионной доли секунды, желаемые формы и особенности могут быть созданы только в том случае, если задано определенное значение фазы в определенный момент времени.
В ходе эксперимента команда использовала серию линз, ребристые кристаллы и «пространственный модулятор света», похожий на небольшой проектор, для подачи лазерных импульсов. Когда импульсы проходят через эти устройства и достигают детектора, они принимают форму цепочки вихревых колец, известных как «вихревые струны пространства-времени». Самое большое вихревое кольцо, которое построила команда, состоит из 28 различных вихревых колец.
Затем исследователи закодировали изображение своего логотипа в строку свойств вихревого кольца. В качестве доказательства принципа они успешно передали изображение размером 16 384 пикселя, используя цепочку из 16 вихрей. Однако они ожидают, что в возможных будущих экспериментах струна, содержащая 28 вихревых колец, станет более эффективным методом передачи больших объемов информации за короткое время.
Создание пончиков с помощью света требует высокой степени точности и внимания к деталям, говорит Алан Уиллнер из Университета Южной Калифорнии. Тем не менее, исследовательская группа предоставила некоторые рекомендации, похожие на «рецепты», которые помогут создавать больше различных типов вихревых структур в будущем.
В настоящее время исследовательские группы по всему миру пытаются разработать различные интересные структурированные светильники, чтобы изучить их потенциальную прикладную ценность. В будущем ученые сделают еще больше новых открытий в области различных структурированных источников света.
