Uso de espejos, láseres y lentes para curvar la luz en un anillo de vórtice

Esquema del aparato experimental. Un pulso de chirrido de la fuente láser se divide en un pulso de señal y un pulso de referencia. El pulso de la señal se transforma en un pulso de vórtice espaciotemporal (STOV) después de un moldeador de pulso 2D. El vórtice espaciotemporal se estira a lo largo de la línea del vórtice y luego se convierte en un vórtice toroidal a través de un sistema de mapeo conforme afocal. El vórtice toroidal se caracteriza por la interferencia con el pulso de referencia eliminado. Crédito:Nature Photonics (2022). DOI:10.1038/s41566-022-01013-y

Un equipo de investigadores de la Universidad de Shanghai para la Ciencia y la Tecnología y la Universidad de Dayton ha desarrollado una forma de doblar la luz en un anillo de vórtice utilizando espejos, láseres y lentes. En su estudio, publicado en la revista Nature Photonics, el grupo se basó en el trabajo realizado por otros equipos en los que se observaron anillos de vórtices de manera incidental, y luego diseñó matemáticamente un sistema que podría generarlos a pedido.

En 2016, otro equipo de investigadores descubrió que, en las circunstancias adecuadas, fuertes pulsos de luz que se arremolinaban alrededor de un pulso central en forma de tubo, a veces podían formar un vórtice en forma de dona. Intrigados por el hallazgo, los investigadores con este nuevo esfuerzo comenzaron a preguntarse si sería posible crear tales anillos de vórtice bajo demanda.

Comenzaron estudiando las propiedades y condiciones que habían llevado a las formaciones observadas por el equipo en 2016 y aplicaron las matemáticas al problema. Encontraron soluciones que parecían mostrar cómo se podían hacer tales anillos:las soluciones a las ecuaciones de Maxwell, en particular, encontraron que se podían usar para generar el tipo de mapeo conforme requerido.

Los investigadores crearon una combinación de materiales que conduciría a una implementación real de sus soluciones matemáticas. Comenzaron modificando un láser estándar para generar un tipo específico de pulso. Agregaron espejos, lentes, rejillas y tipos especiales de pantallas de cristal líquido para que pasaran los pulsos. Cada una de las partes impactó la luz de una manera específica.

Los investigadores notaron que el sistema primero cambió los pulsos de luz en una forma larga y estrecha, lo que le dio a otras partes de la luz algo para girar. Después de que la otra luz viajara a través del sistema, la luz arremolinada se unió, como vientos en un tornado, formando un anillo.

Los investigadores planean continuar su trabajo, con la esperanza de saber si se pueden hacer otras formas de vórtice. Señalan que su trabajo podría proporcionar planos para otros que buscan comprender mejor la formación de vórtices toroidales que se forman naturalmente. + Explora más