Examinando os últimos desenvolvimentos dos vórtices espaço-temporais de luz

31 de maio de 2023

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pela Academia Chinesa de Ciências

Vórtices de luz, regiões nulas de intensidade cercadas por fases espirais, compõem o esqueleto de um campo de ondas e influenciam as propriedades da luz. Desde a descoberta da conexão estreita de vórtices ópticos e momento angular orbital (OAM) da luz no artigo seminal em 1992, um progresso considerável na pesquisa foi feito para desvendar a beleza dos vórtices de luz.

Numerosas aplicações de OAM óptico foram descobertas em óptica clássica e quântica, incluindo comunicação óptica, emaranhamento quântico e criptografia, pinça óptica, torque de acionamento para uma micromáquina, deslocamento Doppler rotacional e geração de imagens.

Em um novo artigo publicado na eLight, uma equipe de cientistas liderada pelo professor Qiwen Zhan, da Universidade de Xangai para Ciência e Tecnologia, examinou os últimos desenvolvimentos dos vórtices de luz espaço-temporais.

Vórtices ópticos apresentam dependência de fase azimutal. O OAM transportado por cada fóton é proporcional à carga topológica e quantizado. O momento angular de spin (SAM), associado a estados de polarização circular, é limitado, mas o OAM por fóton é teoricamente ilimitado. A direção do momento angular da luz é geralmente direcionada ao longo da direção de propagação.

Uma década atrás, o interesse em SAM transversal surgiu e campos elétricos girando transversalmente foram descobertos em feixes fortemente focados e ondas evanescentes. A palavra "roda fotônica" descreve a relação ortogonal entre a direção SAM e a direção de propagação. Analogamente, vórtices ópticos transportando OAM transversal têm atraído um interesse crescente.

Vórtices inclinados de luz foram previstos usando a teoria especial da relatividade. Um observador em movimento transversal vê um vórtice óptico espacial próximo à velocidade da luz como um vórtice inclinado. Vórtices ópticos espaço-temporais (STOVs), ocupando uma pequena fração da energia total, foram observados pela primeira vez em filamentos de femtossegundos no ar.

Mais tarde, a geração controlável de STOVs com OAM transversal foi demonstrada usando óptica linear. A segunda geração harmônica (SHG) de OAM transversal foi relatada e a conservação de OAM demonstrada. O cálculo rigoroso do OAM transversal e o acoplamento do OAM transversal e do SAM também foram realizados.

Esquemas foram projetados para gerar STOVs usando metasuperfícies e cristais fotônicos. Sem dúvida, a realização experimental de STOVs tem impulsionado o crescente interesse em STOVs e estimulado suas potenciais aplicações em vários fenômenos ópticos. Refira-se que este artigo incide sobre os avanços muito recentes relacionados com os STOVs. Os leitores interessados ​​nos últimos desenvolvimentos de pacotes de ondas espaço-temporais mais gerais e ondas estruturadas podem consultar vários artigos de revisão citados neste trabalho.

Mais Informações: Chenhao Wan et al, Optical spatiotemporal vortices, eLight (2023). DOI: 10.1186/s43593-023-00042-6

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências