Superkiraalista valoa

Taiteellinen vaikutelma metapintalaserista, joka tuottaa superkiraalista kiertynyttä valoa.

Kansainväliset tutkijat ovat osoittaneet maailman ensimmäisen metapintalaserin, joka tuottaa "superkiraalista valoa": valoa ennätyssuurella kulmamomentilla.

Tämän laserin valoa voidaan käyttää "optisen jakoavaimen" tapaan tai informaation koodaamiseen optisessa viestinnässä.

"Koska valo voi kantaa kulmaliikemäärä, se tarkoittaa, että se voidaan siirtää aineeseen. Mitä enemmän kulmamomenttia valo kuljettaa, sitä enemmän se voi siirtää. Joten voit ajatella valoa optisena jakoavaimena", toteaa tutkimusta johtanut professori Andrew Forbes Witwatersrandin yliopistosta (Wits) Johannesburgista, Etelä-Afrikasta.

Uusi laser tuottaa uuden erittäin puhtaan "kierteistetyn valon", jollaista ei ole aiemmin havaittu lasereista. Samalla tutkijat kehittivät nanorakenteisen metapinnan, jolla on suurin koskaan tuotettu faasigradientti ja joka mahdollistaa suuren tehon käytön pienikokoisessa suunnitelmassa. Vaikutus on maailman ensimmäinen laser, joka tuottaa kiertyneen valon eksoottisia tiloja tarpeen mukaan.

Tutkimuksessaan, jonka otsikko on: High-purity orbital angular momentum states from a visible metasurface laser, tutkijat osoittavat uuden laserin tuottavan minkä tahansa halutun kiraalisen valotilan hallitsemalla täysin sekä valon kulmaliikemäärän (AM) komponenttia, spin (polarisaatio) että orbitaalista kulmaliikemäärää (OAM).

"Tällä hetkellä on vahva pyrkimys kokeilla ja hallita kiraalista ainetta tehokkaasti kiertyneellä valolla. Eri teollisuudenalat ja tutkimusalat vaativat superkiraalista valoa prosessiensa parantamiseksi, mukaan lukien elintarvikeala, tietotekniikka ja biolääketiede.

Tämäntyyppistä valoa voidaan käyttää ajamaan fysikaalis-mekaanisia järjestelmiä esimerkiksi mikrovirtausjärjestelmissä virtauksen ohjaamiseen laboratoriosirulla (Lab-on-a-Chip).

"Kiraalisuus" on termi, jota käytetään usein kemiassa kuvaamaan yhdisteitä, jotka ovat toistensa peilikuvia. Esimerkiksi sitruuna- ja appelsiiniaromit ovat sellainen kemiallinen yhdiste. Myös monissa elektroniikan tarpeisiin soveltuvissa materiaaleissa on kiraalisia ominaisuuksia.

Myös valo on kiraalista mutta sillä on kaksi muotoa: spin (polarisaatio) ja OAM. Spin AM on samanlainen kuin oman akselinsa ympäri pyörivät planeetat, kun taas OAM on samanlainen kuin Aurinkoa kiertävät planeetat.

Suunnittelurajoitusten ja toteutusesteiden takia tähän päivään mennessä on tuotettu vain hyvin pieni osa kiraalisia tiloja.

Nyt kehitetty laser käytti metapintavaloa kyllästämään valoa erittäin korkealla kulmamomentilla, antaen sille ennennäkemättömän "kiertymisen" vaiheessaan samalla kun se hallitsee polarisaatiota. Mielivaltaisella kulmamomentin säädöllä standardi spin-kiertorata-symmetria voitiin rikkoa, tälle ensimmäiselle laserille tuottamaan valon täyden kulmamomentin ohjauksen itse valolähteessä.

Aiheesta aiemmin:

Eksoottisia kvanttivaikutuksia

Tutkijat löysivät kiraalisia fononeja

Spiraalinen lasersäde luo kvanttipyörteitä