Examinando los últimos desarrollos de vórtices espaciotemporales de luz

31 de mayo de 2023

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por la Academia China de Ciencias

Los vórtices de luz, regiones nulas de intensidad rodeadas de fases espirales, forman el esqueleto de un campo de ondas e influyen en las propiedades de la luz. Desde el descubrimiento de la estrecha conexión de los vórtices ópticos y el momento angular orbital (OAM) de la luz en el artículo seminal de 1992, se ha avanzado considerablemente en la investigación para revelar la belleza de los vórtices de luz.

Se han descubierto numerosas aplicaciones de OAM óptico tanto en la óptica clásica como en la cuántica, incluida la comunicación óptica, el enredo cuántico y la criptografía, la pinza óptica, el par motor para una micromáquina, el desplazamiento Doppler rotacional y la generación de imágenes.

En un nuevo artículo publicado en eLight, un equipo de científicos dirigido por el profesor Qiwen Zhan de la Universidad de Shanghai para Ciencia y Tecnología examinó los últimos desarrollos de vórtices espaciotemporales de luz.

Los vórtices ópticos cuentan con dependencia de fase azimutal. La OAM transportada por cada fotón es proporcional a la carga topológica y cuantificada. El momento angular de espín (SAM), asociado con los estados de polarización circular, es limitado, pero el OAM por fotón es teóricamente ilimitado. La dirección del momento angular de la luz suele estar dirigida a lo largo de la dirección de propagación.

Hace una década, surgió el interés en SAM transversal y se descubrieron campos eléctricos que giran transversalmente en haces fuertemente enfocados y ondas evanescentes. La palabra "rueda fotónica" describe la relación ortogonal entre la dirección SAM y la dirección de propagación. Análogamente, los vórtices ópticos que transportan OAM transversal han atraído un interés cada vez mayor.

Los vórtices inclinados de luz se predijeron utilizando la teoría especial de la relatividad. Un observador que se mueve transversalmente ve un vórtice óptico espacial cercano a la velocidad de la luz como un vórtice inclinado. Los vórtices ópticos espaciotemporales (STOV), que ocupan una pequeña fracción de la energía total, se observaron por primera vez en filamentos de femtosegundos en el aire.

Posteriormente, se demostró la generación controlable de STOV con OAM transversal utilizando óptica lineal. Se informó la segunda generación armónica (SHG) de OAM transversal y se demostró la conservación de OAM. También se logró un cálculo riguroso de OAM transversal y el acoplamiento de OAM transversal y SAM.

Se diseñaron esquemas para generar STOV utilizando metasuperficies y cristales fotónicos. Sin duda, la realización experimental de STOV ha ido impulsando el creciente interés por los STOV y estimulando sus posibles aplicaciones en diversos fenómenos ópticos. Cabe señalar que este artículo se centra en los avances muy recientes relacionados con los STOV. Los lectores interesados ​​en los últimos desarrollos de paquetes de ondas espaciotemporales más generales y ondas estructuradas pueden consultar varios artículos de revisión citados en este trabajo.

Más información: Chenhao Wan et al, Vórtices espaciotemporales ópticos, eLight (2023). DOI: 10.1186/s43593-023-00042-6

Proporcionado por la Academia de Ciencias de China