轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
深度解讀
科學(xué)家實(shí)現(xiàn)“扭曲”的激光光束
星之球激光 來源:LabBang資訊2016-03-28 我要評(píng)論(0 )
威特沃特斯蘭德大學(xué)的研究人員利用激光器的幾何相,首次實(shí)現(xiàn)了一種改變激光光束的軌道角動(dòng)量的方法?!?/p>
威特沃特斯蘭德大學(xué)的研究人員利用激光器的幾何相,首次實(shí)現(xiàn)了一種改變激光光束的軌道角動(dòng)量的方法。
《自然光子學(xué)》NaturePhotonics 雜志發(fā)表了由南非和意大利的研究人員發(fā)現(xiàn)的這一新型激光器的研究成果,這種激光器能夠產(chǎn)生“扭曲”的激光束作為其輸出。激光輸出和新型激光形成的一組激光束疊加,稱為矢量渦旋光束。首次利用到激光器中的幾何相位,這項(xiàng)工作為研究光通信、激光加工、生物醫(yī)藥等應(yīng)用中的新型激光器開辟了道路。
這個(gè)想法是由威特沃特斯蘭德大學(xué)(WITS)的安得烈·福布斯教授設(shè)想出來的,并且他還帶領(lǐng)著整個(gè)合作研究,同時(shí)所有關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)是由科學(xué)與工業(yè)研究理事會(huì)(CSIR)的達(dá)里爾·奈杜博士操作進(jìn)行的。
團(tuán)隊(duì)成員斯蒂夫·魯教授、安吉拉·杜德利博士和伊戈?duì)?middot;利特博士對(duì)這項(xiàng)工作都有著很顯著的貢獻(xiàn)。自定義幾何相位光學(xué),沒有這一理念,實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)將是不可能的,這是由意大利那不勒斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出的,其中包括洛倫佐·馬魯奇教授和布魯諾·皮奇里洛教授。
“我們都熟悉的日常生活中的角動(dòng)量:旋轉(zhuǎn)的地球進(jìn)行自旋角動(dòng)量,繞地球進(jìn)行的軌道角動(dòng)量(OAM)。光也可以攜帶角動(dòng)量:通過其極化(自旋),并通過其模式和相位的軌道角動(dòng)量,”福布斯說。
激光中控制自旋產(chǎn)生光已經(jīng)有幾十年時(shí)間了,但是在激光中生產(chǎn)的軌道角動(dòng)量并非如此簡(jiǎn)單。光載軌道角動(dòng)量是通過扭曲光的相位成螺旋形狀進(jìn)行創(chuàng)建,會(huì)形成一個(gè)螺旋狀。
因?yàn)樵娇拷馐闹行模J降呐で兊迷絹碓骄o,直至光消失,這樣的光束通常被稱為環(huán)狀光束或渦旋光束。問題是,通常激光器不能分辨出光是按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的光還是光是逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的,所以激光只是在不受控制的方式下進(jìn)行的組合。
此外,結(jié)合自旋和軌道分量由單一的激光產(chǎn)生的光束,是兩個(gè)動(dòng)量的混合,這在之前是沒有被證實(shí)的。
“我們的新穎之處是意識(shí)到通過使用自定義幾何相位偏振光學(xué)畫出軌道角動(dòng)量,激光就可以區(qū)分順時(shí)針和逆時(shí)針光的區(qū)別了,”福布斯說。
控制是通過簡(jiǎn)單地旋轉(zhuǎn)激光器中一個(gè)單一的光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)的,沒有任何其它需要的調(diào)整。這種光束已被用于光通信、光學(xué)的微粒捕獲和計(jì)量,現(xiàn)在可以根據(jù)需求通過單個(gè)激光進(jìn)行創(chuàng)建它們。
光的幾何相位是一個(gè)非常抽象的概念,首先出現(xiàn)在量子理論中,但這里的研究人員已經(jīng)使用它來創(chuàng)建特定類型的扭曲的光。自定義的光,稱為q-plate,根據(jù)極化扭轉(zhuǎn)特性調(diào)整軌道角動(dòng)量的偏轉(zhuǎn),從一個(gè)映射到另一個(gè)。
例如,如果順時(shí)針方向的偏振光沒有扭曲相位通過光纖,輸出是逆時(shí)針方向的偏振光并且相位是順時(shí)針扭轉(zhuǎn)。通過將這些元素加在激光上,極化扭轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn))控制在軌道角動(dòng)量的扭轉(zhuǎn)方向,那么輸出也是可控制的。“我們喜歡稱之為螺旋激光,因?yàn)楣馐钠窈蛙壍澜莿?dòng)量在光的產(chǎn)生中都起作用了,并以一種復(fù)雜的方式旋轉(zhuǎn)或扭曲,”福布斯說。
重要的是,相同的激光能產(chǎn)生這些軌道角動(dòng)量光束和各種極化光束的任意組合。該研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn),光輸出是任意矢量渦旋光束產(chǎn)生的,被稱為高階龐加萊球光束。
例如,除了軌道角動(dòng)量光束的特殊情況外,相同的激光也會(huì)產(chǎn)生的徑向和角向偏振光,偏振(電場(chǎng)方向)會(huì)在空間上的變化。例如,徑向偏振光總是指向遠(yuǎn)離圓心的方向,這在切削金屬時(shí)是非常有用的。
這種光束通常被稱為“向量”光束,因?yàn)槠褡兓菣M穿光束的。當(dāng)偏振態(tài)模式在整個(gè)光束中保持不變,它被稱為“標(biāo)量”光束。在論文中,研究人員已經(jīng)表明,這兩種光束都可以通過相同的激光進(jìn)行創(chuàng)建。
“必須明白,矢量渦旋激光束在金屬和其他材料的加工中已被證明是非常有用的,例如,在汽車工業(yè)中。但直到現(xiàn)在我們不能在同一個(gè)激光器中產(chǎn)生這所有的光束,”奈杜說,正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)也是作為他自己博士研究的一部分,他也是該論文的主要作者。
激光的概念很可能吸引來自學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的興趣。有高階龐加萊球相位的矢量和標(biāo)量的渦旋光束有許多應(yīng)用,如顯微鏡成像,激光加工,并可用于自由空間和光纖通信。通常,是要預(yù)先決定哪種光束是最想要的,然后再去設(shè)計(jì)一個(gè)激光器?,F(xiàn)在,利用單一的激光器滿足不同激光光束的需求變得可能。
免責(zé)聲明
① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使
用,并注明"來源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)向本網(wǎng)提出書面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細(xì)侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會(huì)依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。
相關(guān)文章
網(wǎng)友點(diǎn)評(píng)
0 條相關(guān)評(píng)論
熱門資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
關(guān)注微信公眾號(hào),獲取更多服務(wù)與精彩內(nèi)容