Kieron valon aistimista ja fotoniikkaa

”Kiraalista valoa käytetään laajalti kiraalisen aineen tutkimiseen tekniikoissa, kuten optisessa aktiivisuudessa ja ympyrädikroismissa”, sanoo tohtori Kayn Forbes, yksi uuden tutkimuksen yhteisjohtajista Itä-Anglian yliopistosta.

Tutkimusryhmä on keskittynyt valon kahteen keskeiseen ominaisuuteen. Ensimmäinen on spin, joka liittyy valon polarisaation kätisyyteen. Toinen on kierre, joka syntyy, kun valoa muovataan korkkiruuvin kaltaiseksi optiseksi pyörteeksi.

”Toisin kuin polarisaatiossa, nämä kiertymät eivät rajoitu yksinkertaiseen vasen/oikea-pariin – valo voi kiertyä monilla kokonaislukumäärillä, mikä luo paljon laajemman aakkoston informaation koodaukseen”, Forbes kertoo yliopistonsa tiedotteessa.

Vuosien ajan tiedemiehet uskoivat, että nämä spin-kiertorataefektit olivat liian heikkoja havaittaviksi normaaleissa olosuhteissa.

Witsin yliopiston maisteriopiskelija Light Mkhumbuza ja hänen kollegansa osoittavat kokeissa nyt, että nämä vaikutukset voivat kuitenkin ilmetä luonnollisesti, kun erityisesti valmisteltu säde kulkee vapaan tilan läpi.

Tutkimusryhmä aloittaa strukturoidulla säteellä, jonka polarisaatio muuttuu säteen poikki, vaikka siinä ei alussa olekaan ympyräpolarisoitua komponenttia. "Säteen edetessä sen komponentit kehittyvät luonnollisesti siten, että spin kasaantuu paikallisesti ja erottuu eri alueiksi, paljastaen tehokkaasti spinin siellä, missä sitä alun perin ei ollut", Mkhumbuza sanoo.

Tohtori Isaac Napen mukaan todellinen läpimurto piilee topologiassa, säteen sisäänrakennetussa ominaisuudessa, joka säilyy säteen muuttuessa etenemisen aikana.

”Mukin voi muotoilla sujuvasti donitsiksi repimättä tai liimaamatta, joten reikien määrä pysyy samana”, hän sanoo ja selittää ideaa tunnetun topologiaesimerkin avulla.

Hän sanoo, että sama periaate auttaa selittämään, mitä säteessä tapahtuu. ”Pancharatnamin topologinen indeksi kuvaa säteen globaalia polarisaatiovaiheen topologiaa ja toimii kuin säilynyt topologinen sormenjälki, joka paljastuu säteen edetessä.”

Tutkijoiden mukaan tämä antaa tiedemiehille yksinkertaisemman ja joustavamman tavan hallita valoa kiraalista tunnistusta ja optista manipulointia varten. Se voisi myös tukea uusia tapoja koodata informaatiota sekä valon polarisaatiossa että spatiaalisessa rakenteessa, ja sitä voitaisiin käyttää sekä klassisessa että kvanttitiedonsiirrossa.

Topological control of chirality and spin with structured light -tutkimuksessa löydetty lähestymistapa tarjoaa uusia mahdollisuuksia viritettävään optiseen manipulointiin, kiraaliseen tunnistukseen ja korkeaulotteiseen fotoniseen tiedonkäsittelyyn.

Aiheesta aiemmin:

Magnoniikkaa kolmanteen ulottuvuuteen

Kiraalinen kvanttitila topologisessa materiaalissa

Kaarevat neutronisäteet voivat tuoda etuja teollisuudelle