Ученые создают фотонный тороидальный вихрь с помощью конформного картирования

Лаборатория оптики будущего под руководством академика Чжуана Сунлиня, USST, стала свидетелем нового прорыва, сделанного профессором Чжан Цивэнь. Он сообщил об экспериментальном наблюдении фотонного тороидального вихря как о новом решении уравнений Максвелла, полученном с помощью конформного отображения.

Результирующее световое поле имеет спиральную фазу, которая закручивается по замкнутому контуру, что приводит к азимутальной локальной орбитальной плотности углового момента. Подготовка такого интригующего состояния света может дать информацию для изучения поведения тороидальных вихрей в других дисциплинах и найти важные применения во взаимодействиях света и материи, оптических манипуляциях, фотонной симметрии и топологии, а также в квантовой информации. Исследование получило поддержку Национального фонда естественных наук Китая (NSFC).

Структуры в форме пончика, называемые вихревыми кольцами, иногда можно увидеть закручивающимися в жидкости. Курильщики могут формировать их ртом, вулканы могут выплевывать их во время извержений, а дельфины могут выдувать их в виде колец из пузырей. Теперь ученые могут создавать кольца из света. Стандартный вихрь — это водоворот в жидкости или газе, наподобие водоворота. Представьте, что вы берете этот закрученный водоворот, растягиваете его, сгибаете в круг и прикрепляете конец к концу. Это вихревое кольцо. Эти кольца перемещаются в жидкости или газе по мере их завихрения — например, кольца дыма плывут по воздуху от головы курильщика. Поток энергии закручивается по мере движения кольца.

Исследователь оптики Кивен Чжан и его коллеги начали с вихревой трубы, структуры, похожей на ураган, которую они уже знали, как создать с помощью лазерного излучения. Команда использовала оптические методы, чтобы согнуть трубу в круглую форму, создав вихревое кольцо. «Кольца света не так уж отличаются от колец дыма или пузырей» , — говорит Чжан из Шанхайского университета науки и технологий. «Это круто». Чжан интересуется, смогут ли ученые создать вихревые кольца из электрического тока или магнитного поля. А дальнейшее изучение световых колец может помочь ученым лучше понять, как топология — геометрия пончиков, узлов и подобных форм — влияет на свет и как он взаимодействует с материей.