El vórtice óptico juega un papel cada vez más importante en el procesamiento de información óptica. Como portador de información, mejora la capacidad de los canales y ofrece un aspecto independiente para el análisis, diferente a la polarización, intensidad, fase, y camino. Se puede proporcionar un nuevo grado de libertad para codificar y cifrar información óptica mediante óptica no lineal, utilizando haces de vórtice conocidos como azimutones, que llevan un momento angular orbital y ahora se puede hacer que exhiban un patrón de conversión mutua conocido como oscilación Rabi.

Un efecto cuántico que lleva el nombre de Isidor Rabi, ganador del Premio Nobel de Física en 1944, La oscilación Rabi denota un movimiento periódico, una especie de caída, entre dos niveles de energía diferentes en presencia de un campo impulsor oscilatorio. El efecto también se investiga en fotónica, donde el campo de excitación oscilatorio puede ser imitado por una ligera modulación longitudinal periódica del cambio del índice de refracción del medio. Hasta ahora, Las oscilaciones Rabi se han estudiado principalmente en sistemas lineales, pero los fenómenos más interesantes tienden a aparecer en el ámbito no lineal.

Los azimutones exhiben una rotación constante al propagarse, pero generalmente son inestables, por lo que normalmente se desintegran durante el proceso de propagación. Una solución a ese problema de inestabilidad se encuentra en la no linealidad, según lo propuesto por un equipo de investigación dirigido por Yiqi Zhang de la Universidad Xi'an Jiaotong, quienes recientemente demostraron guías de ondas débilmente no lineales que garantizan la propagación estable de azimutones. Su informe se publica en Fotónica avanzada .

No lineal, guía de ondas multimodal:de rotación a oscilación

El equipo determinó requisitos específicos para una no linealidad débil:(1) los cambios de índice inducidos tanto lineales como no lineales son pequeños en comparación con el índice de refracción ambiental, y (2) el cambio de índice no lineal inducido es mucho menor que el lineal. Sus investigaciones teóricas demostraron que la profundidad del potencial inducido está estrechamente relacionada con el tamaño transversal de la guía de ondas. Esto indicó que las fibras ópticas multimodo podrían usarse para obtener un pozo de energía potencial profundo que también permitiría una modulación superficial.

Con estos elementos en mente, Zhang y sus colegas desarrollaron una guía de ondas débilmente no lineal que es explícitamente multimodo. Emparejaron varios modos con diferentes distribuciones modales. Al introducir un cambio de fase π y una modulación de amplitud en un modo, y luego superponiendo el otro, obtuvieron un vórtice modulado azimutalmente. Gracias a la presencia de no linealidad y una modulación periódica longitudinal débil al potencial, el vórtice modulado azimutalmente gira con una velocidad angular fija durante la propagación y exhibe oscilación Rabi (flopping) entre los dos modos.

Los autores notaron que la simetría espacial del haz que se propaga cambiará periódicamente en el proceso. Según la teoría del modo acoplado, Las oscilaciones de Rabi se ven afectadas principalmente por la fuerza de modulación longitudinal y la simetría espacial de los azimutones superpuestos. Sin modulación longitudinal, el azimutón gira con velocidad constante y su perfil se conserva. Pero, con ligera modulación longitudinal, Se puede observar la conversión mutua de diferentes azimutones durante la propagación:las oscilaciones de Rabi.

El autor principal Yiqi Zhang, profesor asociado de la Facultad de Ciencias e Ingeniería Electrónica de la Universidad de Xi'an Jiaotong, comentarios "Dado que nuestro modelo admite azimutones de orden superior con cargas topológicas más altas, Hay muchas opciones para seleccionar el momento angular orbital transportado por los haces de luz. Sin embargo, la oscilación Rabi solo puede ocurrir entre azimutones con ciertos perfiles. Ahora tenemos algunas ideas sobre cómo superar esa limitación, así que continuaremos con nuestras investigaciones ".

Variedades de vórtices

Más allá de su promesa de mejorar el procesamiento óptico de información, La demostración de las oscilaciones de azimutones de Rabi contribuye a una mejor comprensión de la dinámica de rotación de los vórtices y el papel inherente de la no linealidad en la regulación de esas dinámicas. Intrigado por la manipulación del campo espacial en sistemas ópticos no lineales, los autores señalan que sus hallazgos son importantes para posibles avances en fotónica, por ejemplo en guías de ondas helicoidales o aislantes topológicos. Mas ampliamente, sus conocimientos pueden contribuir a una mejor comprensión de fenómenos cotidianos como ciclones o tornados, o vórtices que se forman a raíz de un avión.