Multiplikation og opdeling af det orbitale vinkelmoment af lys

Optiske stråler, der bærer orbital vinkelmoment (OAM) har tiltrukket sig voksende opmærksomhed i løbet af de sidste årtier, udviser forstyrrende anvendelser inden for en lang række områder:partikelfangst og pincet, højopløselig mikroskopi, astronomisk koronagrafi, telekommunikation og sikkerhed med høj kapacitet.

Lysstråler, der bærer OAM, er udstyret med særegne snoede bølgefronter, og tilstande med forskellige OAM er ortogonale med hinanden og kan bære uafhængige informationskanaler på samme frekvens uden interferens. I telekomfeltet det potentielt ubegrænsede statsrum, der tilbydes af denne uudnyttede grad af frihed, tilbyder en lovende løsning til at øge informationskapaciteten for optiske netværk og løse, på en bæredygtig måde, problemet med frekvensmætning, ellers kaldet 'optisk knase', 'denne fremgangsmåde er gyldig både for friplads og optisk fiberudbredelse.

I øjeblikket, det er presserende at videreudvikle nye enheder, der kan omkonfigurere og skifte mellem forskellige OAM -tilstande for fuldt ud at udnytte den ekstra grad af frihed, som OAM giver både til klassisk og kvantekommunikation. Indtil nu, konventionelle metoder er kun nyttige til implementering af skiftoperationer på OAM, dvs. addition eller subtraktion.

For første gang, nye optiske elementer er designet og fremstillet til at udføre multiplikationen og opdelingen af ​​det orbitale vinkelmoment af lys på en kompakt og effektiv måde. Undersøgelsen er blevet udført af Dr. Gianluca Ruffato, Dr. Michele Massari, og professor Filippo Romanato ved Institut for Fysik og Astronomi ved Padova Universitet, i Italien. Forskningsresultaterne er for nylig blevet offentliggjort i Lys:Videnskab og applikationer .

Nøgleelementet i disse optikker er repræsenteret ved en optisk transformation, der kortlægger den azimutale fasegradient af input -OAM -strålen på en cirkulær sektor. Ved at kombinere flere cirkulære sektoromdannelser til et enkelt optisk element, det er muligt at multiplicere værdien af ​​input -OAM -tilstanden ved at opdele og kortlægge fasen på komplementære cirkulære sektorer. Omvendt ved at kombinere flere inverse transformationer, opdelingen af ​​den oprindelige OAM -værdi opnås ved at kortlægge forskellige komplementære cirkulære sektorer af inputstrålen i et lige antal cirkulære fasegradienter.

De designede optiske elementer er fremstillet i form af miniaturiseret og kompakt fase-kun diffraktiv optik med højopløselig elektronstråle litografi, og optisk karakteriseret i det synlige område for at demonstrere den forventede evne til enten at multiplicere eller dividere OAM for inputstrålen.

Denne undersøgelse kan finde lovende applikationer til den multiplikative generation af højere orden OAM-tilstande, optisk informationsbehandling baseret på OAM-stråleoverførsel, og optisk routing/switch i telekom, både i de klassiske og enkeltfotonregimer.