Bis-saħħa tat-topoloġija, fergħa tal-matematika li tesplora proprjetajiet ta' oġġetti ġeometriċi li jibqgħu l-istess waqt li jkunu għaddejjin minn deformazzjonijiet kontinwi, tim ta' xjenzati mmexxi minn Isaac Nape fl-Università ta' Witwatersrand fl-Afrika t'Isfel u Kayne Forbes fl-Università ta' East Anglia (UEA) fir-Renju Unit skopra mod kif tipprogramma u tikkontrolla l-kiralità tad-dawl u l-leminija (aka) jew leminija.
Fl-ottika, il-kiralità hija ġeneralment assoċjata ma 'dawl polarizzat b'mod ċirkolari (li fih il-kamp elettriku jdur jew lejn l-arloġġ jew kontra l-arloġġ hekk kif id-dawl jivvjaġġa).
"Ix-xogħol tagħna kien motivat mill-mistoqsija dwar jekk id-dawl jistax jiġġenera u jikkontrolla l-idejn lokali tiegħu stess permezz tal-propagazzjoni-mingħajr il-bżonn ta' interface materjali, metasuperfiċje, jew fokus strett ħafna," jgħid Forbes, lecturer fl-Iskola tal-Kimika, Farmaċija u Farmakoloġija tal-UEA, fejn imexxi l-grupp Light-Matter and Nanophotonic.
Tweak tal-ħlas topoloġiku
Topoloġija tidħol permezz tal-mod il-fażi u l-polarizzazzjoni ta 'riħ tar-raġġ tad-dawl madwar l-ispazju. "Dawl strutturat jippermettilna nġibu dawn l-ideat flimkien sabiex inkunu nistgħu niddisinjaw raġġi li l-fażi u l-polarizzazzjoni tagħhom ivarjaw b'modi preċiżi madwar ir-raġġ," jispjega Forbes. "Konna interessati fil-possibbiltà li t-topoloġija tar-raġġ taġixxi bħala pum ta 'kontroll sempliċi. Billi nbiddlu l-ħlas topoloġiku ta' Pancharatnam (parametru wieħed), nistgħu nagħmlu l-ispin lokali u l-kiralità tad-dawl jorganizzaw mill-ġdid lilhom infushom waqt il-propagazzjoni."
Huwa importanti li wieħed jinnota li l-ebda materjali speċjali huma meħtieġa għall-effett innifsu. L-ispin u l-kiralità joħorġu waqt il--propagazzjoni ta' spazju ħieles ta' raġġ ta' dawl strutturat-raġġ ta' vortiċi vettur, f'dan il-każ.
X'inhu raġġ vortex tal-vettur? "Vettur ifisser li l-polarizzazzjoni tvarja madwar ir-raġġ, aktar milli tkun uniformi," tgħid Forbes. "Vortex ifisser li r-raġġ iġorr momentum angolari orbitali, li huwa assoċjat ma 'faċċata ta' fażi mibruma. U t-topoloġija tidħol permezz tal-mod kif ir-raġġ jitgħawweġ madwar l-assi tiegħu stess. Fix-xogħol tagħna, dan il-brim huwa kkontrollat mill-ħlas topoloġiku Pancharatnam, li jistabbilixxi kif il-fażi u l-polarizzazzjoni tar-raġġ ivarjaw hekk kif nimxu madwar ir-raġġ."
Fil-pjan tal-bidu, ir-raġġ huwa spin-ibbilanċjat. Il-komponenti ċirkolari tax-xellug- u tal-lemin-tagħha huma preżenti b'mod ugwali, għalhekk m'hemm l-ebda polarizzazzjoni ċirkolari lokali. "Imma dawn iż-żewġ komponenti jġorru strutturi orbitali differenti," tfakkar Forbes. "Kif ir-raġġ jippropaga, jakkwistaw fażijiet Gouy differenti u profili radjali differenti. Dan jagħmel il-komponenti ċirkolari tal-lemin- u tax-xellug-separati b'mod radjali, li jipproduċi spin lokali u kiralità ottika."
Huwa importanti li wieħed jinnota li l-ebda materjali speċjali huma meħtieġa għall-effett innifsu. L-ispin u l-kiralità joħorġu waqt il--propagazzjoni ta' spazju ħieles ta' raġġ ta' dawl strutturat-raġġ ta' vortiċi vettur, f'dan il-każ.
X'inhu raġġ vortex tal-vettur? "Vettur ifisser li l-polarizzazzjoni tvarja madwar ir-raġġ, aktar milli tkun uniformi," tgħid Forbes. "Vortex ifisser li r-raġġ iġorr momentum angolari orbitali, li huwa assoċjat ma 'faċċata ta' fażi mibruma. U t-topoloġija tidħol permezz tal-mod kif ir-raġġ jitgħawweġ madwar l-assi tiegħu stess. Fix-xogħol tagħna, dan il-brim huwa kkontrollat mill-ħlas topoloġiku Pancharatnam, li jistabbilixxi kif il-fażi u l-polarizzazzjoni tar-raġġ ivarjaw hekk kif nimxu madwar ir-raġġ."
Fil-pjan tal-bidu, ir-raġġ huwa spin-ibbilanċjat. Il-komponenti ċirkolari tax-xellug- u tal-lemin-tagħha huma preżenti b'mod ugwali, għalhekk m'hemm l-ebda polarizzazzjoni ċirkolari lokali. "Imma dawn iż-żewġ komponenti jġorru strutturi orbitali differenti," tfakkar Forbes. "Kif ir-raġġ jippropaga, jakkwistaw fażijiet Gouy differenti u profili radjali differenti. Dan jagħmel il-komponenti ċirkolari tal-lemin- u tax-xellug-separati b'mod radjali, li jipproduċi spin lokali u kiralità ottika."
Fotonika tad-dawl strutturat, manipulazzjoni ottika, sensing chiral
Tlieta mill-applikazzjonijiet l-aktar ovvji li ġejjin huma x'aktarx fotonika tad-dawl strutturat, manipulazzjoni ottika u sensing chiral. Użu potenzjali ieħor huwa l-ipproċessar ta' informazzjoni fotonika ta'-dimensjoni għolja, minħabba li r-raġġ jgħaqqad l-ispin u l-momentum angolari orbitali b'mod kontrollabbli.
"Fil-prinċipju, l-iskoperta tagħna hija rilevanti kemm għad-dawl strutturat klassiku kif ukoll għal dak quantum, fejn l-informazzjoni tista 'tiġi kkodifikata fi ħdan il-polarizzazzjoni (dawl li jdur) u modi spazjali (dawl mibrum)," jgħid Nape. "L-ispin u t-tidwir tal-foton jistgħu jintużaw bħala alfabett fi ħdan raġġi tal-laser qawwi u fil-livell tal-foton wieħed. Kull stat distint jirrappreżenta simbolu ta 'informazzjoni differenti."
Ix-xogħol preżenti tat-tim huwa fiżika ottika klassika, iżda l-istess gradi ta 'libertà, spin, momentum angolari orbitali, u struttura tal-modalità spazjali huma wkoll użati għall-fotonika kwantistika. "L-interess tagħna għal żmien itwal-huwa jekk din it-tip ta' topoloġija-spin ikkontrollata-istruttura tal-orbita tistax tkun utli għall-preparazzjoni, it-trasformazzjoni, jew il-kodifikazzjoni ta' stati fotoniċi ta'-dimensjoni għolja," jgħid Nape.
Sussegwentement, ir-riċerkaturi jippjanaw li jesploraw kemm dan il-mekkaniżmu huwa ġenerali u utli. "Urejna li l-ħlas topoloġiku Pancharatnam jista 'jikkontrolla l-ispin u l-kiralità għall--propagazzjoni spazjali ħielsa, u issa l-mistoqsija hija kemm jista' jiġi mbuttat dan il-kontroll," jgħid Nape. "Aħna wkoll interessati fil-mod kif jista 'jintuża għall-kodifikazzjoni ta' informazzjoni, manipulazzjoni ottika, u interazzjonijiet ta 'materja kirali-. L-għan usa' tagħna huwa li nimxu milli nuru effett ta' dawl strutturat interessanti għall-iżvilupp tiegħu bħala prinċipju ta 'disinn prattiku."
