科學發現激光發出新「煙圈」

知識 09-11

科學發現激光發出新「煙圈」

物理學家們發現了激光身上的一個獨特性能：激光能夠創造出它自己的能量旋渦流，這種現象看起來像是有很多個「煙圈」。

這種光能的環形的圓圈，目前被官方定義為時空光流旋渦(spatiotemporal optical vortices)，或者簡稱為STOVs，隨同激光一起前進並控制著它周圍的能量流動。

最新研究報道稱，這些「煙圈」不僅能夠幫助好幾年來研究激光受阻的科學家們解釋一些現象，而且它們也為激光打開了一條新的道路，讓激光能夠應用於從顯微鏡到高速網路連接的各個領域。

「激光已經被研究了好幾十年了，原來結果竟然是STOVs一直在我們眼皮子底下。」這篇報道的資深作者，美國馬里蘭大學的Howard Milchberg聲稱。

「這是一個有力的、自然的一直存在於那裡的特性。這種現象背後是，在過去30多年裡，在我們的領域裡面竟有如此多的事情可以做。」

在合適的條件下，激光束能夠「自聚焦」，然後在行進的過程中變得更為激烈，而不像普通的光束，它們只能夠象徵性地隨著它們想要達到的尺寸大小延展。這種自聚焦類型的光束正是研究者們一直以來苦苦探索的。

科學發現激光發出新「煙圈」
這種激光攜帶的光能被「STOVs」所控制，它們流動穿越圓圈的裡面，再迴環流出圓圈的外面。(如上圖)

對於科學家來說讓它們變得如此有價值的一點是它們能夠憑藉光線本身自如前行。

「我們發現的這種煙圈旋渦很可能比之前廣為人知的光學旋渦應用得更為廣泛，因為他們是時間動態的，這意味著它們是隨著光線移動而不是保持固定不變的狀態。」這個團隊的成員Nihal Jhajj解釋說。

「這意味著這些煙圈對於操縱粒子接近光速地移動是非常有價值的。」
另外一種類型的旋渦(軌道角動量旋渦)從1990年起就被用於改善顯微鏡檢查和通訊行業，也被用於計算機領域。

這些現象可見下圖：
科學發現激光發出新「煙圈」

與「OAM」旋渦不同的是，「STOVs」現在讓科學家們有了一種不同的結構去研究。

這個團隊拿這種激光「煙圈」和一種電氣天使的光環來做比較，在光環和天使的頭部之間反反覆復地進行能量發射。

「STOV對於激光束來說不僅僅是一個像天使光環一樣的旁觀者，」Milchberg解釋說，並將「STOVs」如何控制中央束的形狀和能量流記錄了下來。

「她更像是一個電動的天使的光環，能夠在光環和天使的頭部反覆地進行能量發射。我們都非常期待看到未來這項發現將會帶給我們什麼。」

現在，Milchberg 和 Jhajj對於「STOVs」潛在的應用只能夠用廣義的術語進行交談。為了弄懂他們是如何操作的更多的研究將會進一步展開。

但是考慮到它們能夠控制中央束的形狀和能量流，從高級的顯微鏡檢查技術到光學計算機的領域它們將會有廣泛的潛在應用。

[黑天鵝 viaScienceAlert]

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