Óptica Express Una investigación publicada recientemente que demuestra un láser capaz de producir un nuevo tipo de haz de vectores. Este llamado haz de onda de rayos vectoriales con 5 grados de libertad rompe el paradigma del haz de vórtice vectorial convencional, lo que abre el camino a la manipulación de nuevos fenómenos cuánticos a clásicos para comunicaciones de alta capacidad.

Típicamente, la luz emitida por láseres estándar tiene un grado controlable de libertad que se puede conferir a través de la polarización o la forma del haz. Al manipular adecuadamente un láser con la introducción de componentes ópticos especializados, una salida con 2 grados de libertad, como haces de vórtice vectorial con polarización controlable y momento angular orbital (OAM). El término "vector" describe un cambio estructurado en la polarización a través del haz y "vórtice" describe la torsión de la fase en el haz (OAM), muy parecido a un tornado. No fue posible trascender los 2 grados de libertad de un láser. Al explotar la dualidad rayo-onda en un láser de frecuencia degenerada, ahora se puede seleccionar un haz vectorial con 5 grados de libertad.

El concepto de dualidad rayo-onda dentro de los láseres puede describirse como un patrón de onda modal que está asociado con una trayectoria periódica de rayos. Un láser estándar tiene un patrón de modo que oscila entre el centro de dos espejos en una trayectoria recta que es perpendicular a los espejos. Sin embargo, en el caso de una trayectoria periódica, el patrón de modo también oscila entre dos espejos pero sigue una trayectoria no perpendicular, similar a un patrón en zig-zag. Estudios anteriores solo han informado sobre una única trayectoria con un cierto tamaño transversal; sin embargo, este trabajo demostró la selección de dos trayectorias con diferentes tamaños transversales y fases oscilantes, asociado con la transformación astigmática. Esta salida exótica constituye 4 grados de libertad, a saber, número periódico (número de rayos), índice transversal (número de rayos de salida), fase oscilante, y grado astigmático. Esto da como resultado una salida estructurada por vectores y, a su vez, el quinto grado de libertad. Con este, la salida se transforma en una trayectoria torcida al convertir el índice transversal en uno que posee un momento angular orbital con un convertidor de modo astigmático externo.

En tono rimbombante, se dice que esta salida estructurada de ondas de rayos no es separable, similar a la descripción de la mecánica cuántica de los estados entrelazados, en el ángulo de orientación entre los índices transversales. "Creemos que tiene una gran novedad, porque la creación de tales ultragrados de libertad, La luz vectorial es muy beneficiosa para describir y seguir explorando fenómenos físicos fundamentales como los efectos Hall de giro óptico para ampliar nuevas aplicaciones en pinzas ópticas y comunicaciones y para manipular nuevos estados clásicos de tipo cuántico. "dice el Dr. Shen.

La demostración experimental proviene de una cavidad láser "vacía", la ausencia de componentes ópticos especializados. Esto plantea un beneficio adicional en el sentido de que el láser consta de una arquitectura simple, aún genera un haz vectorial con 5 grados de libertad, mucho más allá de un avance incremental. "El número de rayos en la salida retorcida puede manipularse fácilmente mediante un control cuidadoso de los parámetros del láser, como la distancia entre los espejos y la posición de la bomba, que proporciona una simple, solución compacta y elegante en la fuente, "dice el Dr. Darryl Naidoo del CSIR.

"Sudáfrica y China ya son socios de BRICS, con planes para un centro virtual de fotónica que se establecerá bajo este programa. El presente trabajo ha puesto de relieve lo que es posible cuando se reúnen equipos de los mejores institutos de China (Tsinghua U.) y Sudáfrica (CSIR y U. Witwatersrand). Esperamos que estas iniciativas de colaboración puedan continuar en el futuro, "dice el profesor Andrew Forbes de la Universidad WITS.

Es probable que el concepto de láser atraiga el interés de las comunidades académica e industrial. Esta salida promete extender convenientemente las aplicaciones en el espacio del haz de vectores y tener tales haces a pedido de un láser ciertamente abrirá nuevas áreas de aplicación.