เลเซอร์ ใหม่สามารถผลิตแสงในสภาวะโมเมนตัมเชิงมุมที่ต้องการ รวมถึงแสงแบบไครัลสูงหรือแบบ “บิดเบี้ยว” ที่สามารถจัดการกับวัตถุทางกายภาพได้ จากข้อมูลของนักพัฒนาที่มหาวิทยาลัย ในแอฟริกาใต้และมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดในสหรัฐอเมริกา แหล่งกำเนิดแสงโมเมนตัมเชิงมุมสูงที่ปรับได้นี้สามารถใช้เพื่อเข้ารหัสข้อมูลในการสื่อสารด้วยแสง โมเมนตัมเชิงมุมของแสงเป็นผลรวม
ขององค์ประกอบ
อิสระสองส่วน ได้แก่ โมเมนตัมเชิงมุมของสปิน (SAM) และโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจร เกี่ยวข้องกับแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมและเกิดขึ้นเมื่อเวกเตอร์สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของแสงหมุนไปตามความยาวคลื่น เนื่องจาก SAM สามารถมีค่าได้เพียงสองค่าเท่านั้น โพลาไรซ์แบบวงกลมด้านขวา
หรือด้านซ้าย การใช้งานจึงค่อนข้างจำกัด ในทางกลับกัน OAM เป็นผลมาจากการหมุนของเฟสของคลื่นแสง และสามารถรับค่าใดๆ ก็ได้ ความแปรปรวนนี้ทำให้ OAM มีประโยชน์สำหรับการใช้งานที่หลากหลายมากขึ้น รวมถึง “ประแจออปติคัล” ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ดักจับและหมุนอนุภาคขนาดเล็ก
โดยใช้แสง และถ่ายโอนข้อมูลผ่านใยแก้วนำแสงโดยไม่ต้องใช้ครอสทอล์ค (มัลติเพล็กซ์ซิ่ง) เป็นต้น
ความท้าทายของการผลิตสถานะ ลักษณะที่ยืดหยุ่นของ OAM หมายความว่าโดยหลักการแล้วลำแสงสามารถนำพาโมเมนตัมเชิงมุมได้ไม่จำกัดจำนวน อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การโทรไปยังสถานะ
ที่ต้องการนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายแอนดรูว์ ฟอร์บส์ ผู้นำร่วมด้านการศึกษา อธิบาย. แม้ว่าจะมีเทคนิคต่างๆ มากมาย แต่ประสิทธิภาพ สัดส่วนของแสงที่ถูกแปลงให้อยู่ในสถานะที่ต้องการ จะถูกจำกัด อีกทางหนึ่ง อุปกรณ์ที่เรียกว่า q-plate สามารถเปลี่ยน SAM เป็น OAM ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด 100%
แต่จะใช้งานได้เฉพาะกับแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมด้านขวาหรือซ้ายเท่านั้น เนื่องจากลำแสงจริงมักจะมีโพลาไรเซชันตรงกลาง (วงรี) นี่เป็นข้อเสียเปรียบที่สำคัญ เนื่องจากการเพิ่ม OAM ในปริมาณคงที่ในสถานะการหมุนหนึ่งสถานะ และจำนวนที่เท่ากันและตรงกันข้ามกับอีกสถานะหนึ่งจะสร้างโมเมนตัม
เชิงมุมสุทธิ
เป็นศูนย์ รูปแบบใหม่ของแสง สูงสุดอุปกรณ์ใหม่นี้เอาชนะอุปสรรคเหล่านี้ได้ด้วยการรวม ซึ่งเป็นโครงสร้างนาโนที่ประดิษฐ์ขึ้นซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับแสงในลักษณะที่ผิดปกติเข้าไปในโพรงเลเซอร์ การออกแบบของ metasurface นี้สร้างขึ้นจากงานก่อนหน้าของกลุ่ม และประกอบด้วยเสาอสัณฐานสี่เหลี่ยม
ของ TiO 2สูงเพียง 600 นาโนเมตร เสานาโนเหล่านี้ถูกแยกออกจากกันด้วยระยะทางที่สั้นกว่าความยาวคลื่นของแสงที่ถูกมอดูเลต และพวกมันทำหน้าที่เหมือนเสาอากาศออปติคัล โดยทำให้เกิดความล่าช้าของเฟสที่แตกต่างกันในเชิงพื้นที่ในลำแสงที่ผ่านเข้ามา และสร้างลำแสงตามโปรไฟล์
ที่ต้องการ “ในการทดลองของเรา เราส่งแสงผ่านพื้นผิวเมตาหลายครั้ง ทำให้เกิดการบิดตัวของเฟสในแต่ละครั้งที่เราทำเช่นนั้น ในขณะเดียวกันก็ควบคุมโพลาไรเซชันของแสงไปพร้อมกัน” อธิบาย ผลลัพธ์ที่ได้คืออุปกรณ์ที่สร้างลำแสงเอาต์พุตสองลำที่มีค่า OAM ที่แตกต่างกันมากถึง 90 หน่วย
ส่งผลให้
โมเมนตัมเชิงมุมโดยรวมไม่เป็นศูนย์ขนาดใหญ่ จากข้อมูลของ Forbes นี่เป็นเลเซอร์ตัวแรกที่สามารถผลิตแสง chiral สูงเช่นนี้ได้ในสถานะโมเมนตัมเชิงมุมที่ต้องการ “การสาธิตอย่างหนึ่งของเราคือลำแสงเลเซอร์ที่มี OAM 10 และ 100 ในลำแสงเดียวกัน
(โดยมีโพลาไรซ์ในแนวนอนและแนวตั้งตามลำดับ)” “บันทึกก่อนหน้านี้มีเพียง +10 และ -10 (และ AM รวมเป็นศูนย์)” ตามที่ผู้นำร่วมคนอื่น ๆ ของการศึกษาและศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ประยุกต์กล่าวว่าการใช้ เป็น “ปัจจัยกำหนด” ในการบรรลุโมเมนตัมเชิงมุมเชิงแสงที่สูงเป็นประวัติการณ์ที่ 100
“เทคโนโลยีทางเลือกเช่น ยังไม่ใกล้เคียงกับค่าL เหล่านี้ด้วย ซ้ำ” เขากล่าว “ยิ่งไปกว่านั้น ข้อจำกัดด้านการออกแบบและข้อจำกัดด้านการผลิตของเทคโนโลยีเหล่านั้นไม่สามารถให้การควบคุมหน้าคลื่นตามอำเภอใจจาก ซึ่งคานเวกเตอร์วอร์เท็กซ์ที่ไม่สมมาตรที่อธิบายไว้ในบทความนี้เป็นตัวอย่างที่โดดเด่น”
ลดการสูญเสียแสงอย่างมากตามที่ ที่ใช้ในเลเซอร์ การออกแบบใหม่นี้ “แสดงให้เห็นถึงการมีเพศสัมพันธ์ที่มีประสิทธิภาพสูงระหว่างการหมุนตามอำเภอใจ (สถานะโพลาไรซ์แบบเชิงเส้น แบบวงกลม หรือแบบวงรี) และวงโคจร (ความเอนเอียงแบบสมมาตรหรือไม่สมมาตร ) ของแสงในโครงสร้างระนาบ
ที่มีขนาดกะทัดรัด” เสริมว่าอุปกรณ์สามารถจับคู่ OAM ที่ไม่สมมาตรกับสถานะโพลาไรซ์เชิงเส้น แทนที่จะจำกัดเฉพาะ OAM สมมาตรและสถานะโพลาไรซ์แบบวงกลมเหมือนที่แผ่น q “นี่อาจดูเหมือนเป็นรายละเอียดทางเทคนิคเล็กๆ น้อยๆ แต่นั่นหมายความว่าเราสามารถลดจำนวนองค์ประกอบภายใน
คุณลักษณะที่น่าสนใจอีกอย่างคือลำแสงที่มีโมเมนตัมเชิงมุม 10 และ 100 หน่วยมีขนาดแตกต่างกันอย่างมากเมื่อออกมาจากเลเซอร์ อย่างไรก็ตาม เมื่อพวกมันเคลื่อนที่ไปรอบๆ โพรง พวกมันจะมาบรรจบกันจนมีรูปร่างและขนาดใกล้เคียงกัน ซึ่งช่วยให้เกิดโหมดที่เชื่อมโยงกัน ซึ่งเป็นสัญลักษณ์
ที่บอกเล่าถึงการตีเส้น แม้ว่าลำแสงจริงจะดูเหมือนแยกออกจากกันในเชิงพื้นที่ก็ตาม“เราสามารถใช้แสงประเภทนี้เพื่อขับเคลื่อนเฟืองออปติกในสถานการณ์ที่ระบบทางกลทางกายภาพไม่ทำงาน เช่น ในระบบไมโครฟลูอิดิกเพื่อขับเคลื่อนการไหล” เขาอธิบาย “ระบบดังกล่าวสามารถใช้เพื่อสร้างอุปกรณ์แล็บ
บนชิปขนาดจิ๋ว ซึ่งยาจะดำเนินการบนชิปตัวเดียว แทนที่จะใช้อุปกรณ์ทดลองขนาดใหญ่ในห้องแล็บ”
เลเซอร์ลงได้ เพื่อลดการสูญเสียแสงลงอย่างมาก และช่วยให้เราเข้าถึงค่า ที่ 100 (ล่วงหน้า x10 จากสถานะก่อนหน้าของ -ศิลปะจากเลเซอร์ดังกล่าว)” เขาอธิบาย
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
