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科学家实现“扭曲”的激光光束

发布日期:2022-11-22 00:04   浏览量:
本文摘要:威特沃特斯兰德大学的研究人员利用激光器的几何互为,首次构建了一种转变激光光束的轨道角动量的方法。 《大自然光子学》NaturePhotonics杂志公开发表了由南非和意大利的研究人员找到的这一新型激光器的研究成果,这种激光器需要产生变形的激光束作为其输入。激光输入和新型激光构成的一组激光束变换,称作矢量涡旋光束。 首次利用到激光器中的几何振幅,这项工作为研究光通信、激光加工、生物医药等应用于中的新型激光器修筑了道路。

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威特沃特斯兰德大学的研究人员利用激光器的几何互为,首次构建了一种转变激光光束的轨道角动量的方法。  《大自然光子学》NaturePhotonics杂志公开发表了由南非和意大利的研究人员找到的这一新型激光器的研究成果,这种激光器需要产生变形的激光束作为其输入。激光输入和新型激光构成的一组激光束变换,称作矢量涡旋光束。

首次利用到激光器中的几何振幅,这项工作为研究光通信、激光加工、生物医药等应用于中的新型激光器修筑了道路。  这个点子是由威特沃特斯兰德大学(WITS)的安得烈福布斯教授设想出来的,并且他还率领着整个合作研究,同时所有关键的实验是由科学与工业研究理事会(CSIR)的约里尔奈杜博士操作者展开的。  团队成员斯蒂夫鲁教授、安吉拉杜德利博士和伊戈尔利特博士对这项工作都具有很明显的贡献。自定义几何振幅光学,没这一理念,实验的构建将是不有可能的,这是由意大利那不勒斯大学的研究团队明确提出的,其中还包括洛伦佐马鲁奇教授和布鲁诺皮奇里洛教授。

  我们都熟知的日常生活中的角动量:转动的地球展开磁矩角动量,绕行地球展开的轨道角动量(OAM)。光也可以装载角动量:通过其极化(磁矩),并通过其模式和振幅的轨道角动量,福布斯说道。

  激光中掌控磁矩产生光早已有几十年时间了,但是在激光中生产的轨道角动量并非如此非常简单。光载轨道角动量是通过变形光的振幅成螺旋形状展开创立,不会构成一个螺旋状。  因为就越附近光束的中心,模式的变形显得更加凸,以后光消失,这样的光束一般来说被称作环状光束或涡旋光束。

问题是,一般来说激光器无法辨别出有光是按顺时针方向转动的光还是光是逆时针方向转动的,所以激光只是在受掌控的方式下展开的人组。  此外,融合磁矩和轨道分量由单一的激光产生的光束,是两个动量的混合,这在之前是没被证实的。  我们的精致之处是意识到通过用于自定义几何振幅偏振光学画出有轨道角动量,激光就可以区分顺时针和逆时针光的区别了,福布斯说道。  掌控是通过非常简单地转动激光器中一个单一的光学元件构建的,没任何其它必须的调整。

这种光束已被用作光通信、光学的微粒捕捉和计量,现在可以根据市场需求通过单个激光展开创立它们。  光的几何振幅是一个十分抽象化的概念,首先经常出现在量子理论中,但这里的研究人员早已用于它来创立特定类型的变形的光。

自定义的光,称作q-plate,根据极化挽回特性调整轨道角动量的转动,从一个同构到另一个。  例如,如果顺时针方向的偏振光没变形振幅通过光纤,输入是逆时针方向的偏振光并且振幅是顺时针挽回。通过将这些元素特在激光上,极化挽回(转动)掌控在轨道角动量的挽回方向,那么输入也是可掌控的。

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我们讨厌称作螺旋激光,因为光束的偏振和轨道角动量在光的产生中都起起到了,并以一种简单的方式转动或变形,福布斯说道。  最重要的是,完全相同的激光能产生这些轨道角动量光束和各种极化光束的给定人组。该研究团队还找到,光输入是给定矢量涡旋光束产生的,被称作高阶庞加莱球光束。  例如,除了轨道角动量光束的类似情况外,完全相同的激光也不会产生的径向和角向偏振光,偏振(电场方向)不会在空间上的变化。

例如,径向偏振光总是指向靠近圆心的方向,这在工件金属时是十分简单的。  这种光束一般来说被称作向量光束,因为偏振变化是穿过光束的。

当偏振态模式在整个光束中维持恒定,它被称作标量光束。在论文中,研究人员早已指出,这两种光束都可以通过完全相同的激光展开创立。

  必需明白,矢量涡旋激光束在金属和其他材料的加工中已被证明是十分简单的,例如,在汽车工业中。但直到现在我们无法在同一个激光器中产生这所有的光束,奈杜说道,正在展开的实验也是作为他自己博士研究的一部分,他也是该论文的主要作者。

  激光的概念很有可能更有来自学术界和工业界的兴趣。有高阶庞加莱球振幅的矢量和标量的涡旋光束有许多应用于,如显微镜光学,激光加工,并可用作自由空间和光纤通信。

一般来说,是要预先要求哪种光束是最想的,然后再行去设计一个激光器。现在,利用单一的激光器符合有所不同激光光束的市场需求显得有可能。


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