​Ученые рассчитали и экспериментально показали, как можно управлять не только количеством и распределением дифракционных максимумов взаимодействующих пучков так называемого закрученного света, но и орбитальным угловым моментом в каждом максимуме. В перспективе результаты исследований могут быть использованы для развития методов оптической передачи информации. Результаты исследования опубликованы в журнале Optics Letters

Любите ли вы макароны Фузилли? Для человека, незнакомого с этим видом пасты, интернет-экскурс в гастрономию может совпасть с уроком по современной оптической физике. Дело в том, что изображение итальянских спиралевидных макарон часто используют для иллюстрации закрученного света. Кулинарная аналогия практически ничего не говорит о природе этого явления, но, по крайней мере, создает в голове читателя некий устойчивый образ. Для детального понимания природы закрученного света придется погрузиться в физику намного глубже. 

Интерес к закрученному свету во многом связан с возможностью использовать его для повышения емкости световых каналов передачи информации. Когда физики говорят о закрученности, они подразумевают наличие у объекта такой величины, как орбитальный угловой момент. В упрощенном приближении свет, закрученный по-разному, обладает отличающимися значениями углового момента. При передаче информации по световым каналам, например, оптоволоконным линиям, важно управлять различными характеристиками света. Чем большим количеством параметров света можно управлять, тем большее количество информации будет «упаковано» в одном и том же носителе. Самый простой вариант управления – включение-выключение или изменение интенсивности света. Если же вспышки света могут отличаться еще и угловым моментом, то информационная емкость системы может возрасти. 

Ученые Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» и Сибирского федерального университета выполнили теоретические расчеты и показали, как можно управлять дифракцией лазерных лучей, обладающих орбитальным угловым моментом. Устройство для экспериментальной демонстрации состоит из гелий-неонового лазера, модулятора света, линзы и принимающей камеры. Ключевой элемент системы – модулятор света. Его настройки были рассчитаны таким образом, чтобы получать дифракционную картину с заданными свойствами – количеством максимумов, их распределением и интенсивностью, значениями орбитального углового момента в каждом максимуме. Ученые отмечают, что при взаимодействии пучков света с различными орбитальными угловыми моментами возникают уникальные дифракционные картины. Если же увеличить количество взаимодействующих компонент с различными угловыми моментами, то количество неповторяющихся распределений интенсивности света повысится. 

«Мы показали, как можно управлять дифракцией пучков закрученного света. Несмотря на ряд ограничений, наш подход позволяет контролировать количество и взаимное расположение дифракционных максимумов с заданным орбитальным угловым моментом. Метод подходит для создания как одномерных (единственный луч), так и двумерных наборов из пучков закрученного света, что открывает новые возможности для сингулярной оптики в целом, и оптической передаче информации, в частности. Кроме того, данный подход может быть реализован в устройствах оптических пинцетов в медицине и биологии”, – рассказал один из авторов работы, кандидат физико-математических наук, заместитель директора по научной работе Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Андрей Вьюнышев

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект 19-12-00203). 

Источники

Красноярские физики научились контролировать дифракцию пучков закрученного света
Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ksc.krasn.ru), 14/07/2020
Красноярские физики научились контролировать дифракцию пучков закрученного света
Наука в Сибири (sbras.info), 14/07/2020
Красноярские физики научились контролировать дифракцию пучков закрученного света
Российский научный фонд (рнф.рф), 14/07/2020
Красноярские физики научились контролировать дифракцию пучков закрученного света
Российский научный фонд (rscf.ru), 14/07/2020
Ученые нашли метод управления дифракцией пучков закрученного света
Индикатор (indicator.ru), 14/07/2020
Ученые нашли метод управления дифракцией пучков закрученного света
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 14/07/2020
Красноярские физики научились управлять дифракцией пучков "закрученного" света
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 16/07/2020
Красноярские физики научились контролировать дифракцию пучков закрученного света
Открытая наука (openscience.news), 14/07/2020
Ученые нашли метод управления дифракцией пучков закрученного света
Nanonewsnet.ru, 17/07/2020
Физики КНЦ СО РАН и СФУ научились контролировать дифракцию пучков закрученного света
Научная Россия (scientificrussia.ru), 21/07/2020
Физики КНЦ СО РАН и СФУ научились контролировать дифракцию пучков закрученного света
Город финансов (gorodfinansov.ru), 21/07/2020
Красноярские физики научились контролировать дифракцию пучков закрученного света
Nanonewsnet.ru, 24/07/2020

Похожие новости

  • 10/04/2019

    Красноярские ученые открыли новый материал для белых светодиодов

    ​Российско-китайская группа ученых обнаружила и описала новое соединение для производства белых светодиодов, способных оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных растений. Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
    801
  • 16/04/2019

    Ученые создали математические модели для изучения ранних фаз планетарной эволюции

    ​Международная группа исследователей, изучающая планету в системе молодой звезды в созвездии Скорпиона, создала математическую модель верхней атмосферы для различных планетарных гипотетических масс. Исследование этого небесного тела позволяет изучать планетарную эволюцию на ранних фазах, сообщили в пресс-службе Сибирского федерального университета (СФУ).
    638
  • 02/03/2020

    Красноярские физики исследуют параметры закрученной структуры

    ​Красноярские физики исследуют параметры закрученной структуры (так называемых роллов) в дефектном слое жидкого кристалла в составе многослойной фотонной структуры.  Изучение таких моделей перспективно для применения в различных оптоэлектронных устройствах.
    384
  • 08/12/2018

    Обнаружены уникальные магнитные свойства соединения свинца и марганца

    ​Сотрудники Института физики имени Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) вместе с коллегами из Сибирского федерального университета (СФУ) изучили свойства ферромагнетика PbMnBO4.
    1359
  • 03/11/2018

    Красноярские ученые разработали новый тип управляемых дифракционных решеток

    ​Дифракционные решетки играют центральную роль в интегральной оптике, голографии, оптической обработке данных. Ученые Института физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) и Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета (СФУ) разработали новый способ создания управляемой дифракционной решетки - оптической системы, действие которой основано на явлении световой дифракции (огибания препятствия светом), сообщила пресс-служба СФУ.
    1167
  • 27/09/2017

    Ученые усовершенствовали фотонный кристалл для фильтрации света

    Ученые Института физики им. Л. В. Киренского Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) совместно с коллегами из Московского государственного университета им.
    2125
  • 04/08/2020

    Лето исследований. Сразу несколько экспедиций отправились в Арктику

    Совместный проект ЮНЕСКО и Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова — плавучий университет, научно-исследовательское судно «Академик Николай Страхов» вошло в акваторию Баренцева моря, где более 20 студентов из МГУ и других российских вузов при поддержке Министерства образования и науки России будут изучать перспективы нефтегазоносности этого района.
    386
  • 21/04/2017

    Красноярские физики получили нанодисперсные порошки для создания аккумуляторов водорода

    Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
    2223
  • 17/10/2019

    НГУ – 60 лет: все только начинается

    ​Новосибирскому государственному университету исполнилось 60 лет. Новосибирский государственный университет ориентирован на подготовку кадров для науки, образования и высокотехнологических отраслей промышленности, новейших междисциплинарных направлений науки.
    1077
  • 23/09/2019

    Учёные изучили неожиданные свойства разупорядоченных нанорешёток

    Учёные Сибирского федерального университета совместно с коллегами из Королевского технологического института (Стокгольм, Швеция), Федерального Сибирского научно-клинического центра ФМБА России (Красноярск), Института физики им.
    660