Til minde om 30 års optiske hvirvler:En omfattende gennemgang

Til minde om 30-årsdagen for forudsigelsen af ​​optiske hvirvler, forskere i Kina-Xing Fu ved Tsinghua University, Xiaocong Yuan ved Shenzhen Universitet og medforfattere - gennemgik den 30-årige udvikling af forståelsen og anvendelsen af ​​disse spændende fænomener.

Hvirvler er almindelige fænomener, der findes i vid udstrækning i naturen, fra kvantehvirvler i flydende nitrogen til havcirkulation og tyfonhvirvler og endda spiralgalakser i Mælkevejen. Hvirvler findes også i optik, hvis koncept først blev foreslået af den teoretiske fysiker Pierre Coullet og kolleger [ Opt. Commun. 73, 403 (1989)] for tredive år siden. Hidtil, på grund af deres fantastiske strukturer, optiske hvirvler (OV'er) har affødt enorme avancerede applikationer såsom optisk pincet, kvanteforviklinger, og ikke-lineær optik, gennem enhver gren af ​​moderne optik.

Forfatterne opdelte den 30-årige udvikling af OV'er i tre stadier:de første 10 år er den grundlæggende teorifase, hvor nye fysiske koncepter og nye fysiske fænomener blev fremsat i løbet af dette stadium, såsom topologisk ladning, fase singularitet, vortex gitter, orbital vinkelmoment (OAM), og hvirvelstråler med en spiralbølgefront, som lagde solidt teoretisk grundlag for de efterfølgende videnskabelige anvendelser.

De anden 10 år er applikationsudviklingsstadiet, der, på grund af egenskaberne af den ene fase af OV og høje dimensioner af OAM, optiske hvirvler bringer en unik slags lyskilder med overlegen ydeevne til anvendelser af kvanteteknologi, optisk pincet og partikelmanipulation, super-opløsning billeddannelse, biomedicinsk og kemisk påvisning, høj kapacitet optisk kommunikation osv.; De seneste 10 år er det teknologiske gennembrudsstadium, hvor metasurface har bragt OV ind i nanoskala, OAM-multiplexing har udvidet kapaciteten af ​​optisk kommunikation til terabit- selv petabit-niveau, og forbedret tunbarhed af OV har realiseret nye ikke-lineære og kvantefænomener, skubber OV som et af de hotteste videnskabelige emner.

I dette anmeldelsespapir, de forklarede også, hvordan begrebet optiske hvirvler opstod ud fra observerede ligheder mellem opførsel af væskehvirvler og nogle former for laserlys. Lysbølgerne fra optiske hvirvler er snoet rundt om deres bevægelsesretning, med et punkt på nul intensitet i deres centrum. Forfatterne undersøgte den konstante forfining af teknikker, der bruges til at skabe optiske hvirvler, og udforske deres applikationer. De understregede, at tunbarheden af ​​OV'er ikke kun omfatter den spektrale og tidsmæssige tunbarhed, men også OAM-, chiralitet-, topologisk-ladning-, og singularitet-distribution afstembarhed. Fremtrædende applikationer omfatter sofistikerede optiske databehandlingsprocesser, nye mikroskopi- og billeddannelsesteknikker, skabelsen af ​​'optisk pincet' til at fange partikler af stof, og optisk bearbejdning ved hjælp af lys til mønsterstrukturer på nanoskalaen.