“甜甜圈”形状的激光漩涡，高效传输图像！

2024-05-13 17:35

最新研究表明，超快的激光脉冲能够创造出类似烟圈的漩涡结构，这些结构在相互连接时，能够携带并传输简单的图像信息。这一发现为光学通信和信息传输领域带来了新的可能性。

以往观察到漩涡的场景通常只在水和空气这两大场景中，但马里兰大学Howard Milchberg领导的研究团队发现，相似的漩涡结构也可以在光束中形成，即所谓的旋涡环。在这种结构中，光粒子（或光子）像烟圈中的空气粒子一样扭曲和旋转。

Milchberg指出，随着在光中制造旋涡技术的日益普及，这种结构的应用前景十分广阔。“这个领域正在快速发展，人们正在探索这些结构在光学领域中的新用途。其中，信息承载能力是一个特别值得关注的方面。”

为了实现激光旋涡环，研究小组通过精确调整光的强度和相位，成功地赋予了激光脉冲甜甜圈般的形状和烟圈的旋转特征。

光是一种电磁波，其相位决定了波在振荡过程中每一部分的位置。由于这些激光脉冲的持续时间不到百万分之一秒，因此只有在特定时间点给出特定的相位值时，才能形成所需的形状和特征。

在实验过程中，研究团队使用了一系列透镜、脊状晶体和一个类似小型投影仪的“空间光调制器”来发送激光脉冲。当脉冲穿过这些设备到达探测器时，它们呈现出一串漩涡环的形状，被称为“时空涡旋弦”。团队制造的最大的涡旋环由28个不同的涡旋环组成。

接下来，研究人员将他们的标志图像编码到一串漩涡环的属性中。作为原理验证，他们使用16个漩涡的弦成功传输了16384个像素的图像。然而，他们预计，在未来可能的实验中，包含28个漩涡环的弦将是一种更有效的方法，能够在短时间内传输大量信息。

南加州大学的艾伦·威尔纳（Alan Willner）表示，用光制造类似甜甜圈的漩涡需要高度的精确性和对细节的把握。不过，研究团队已经提供了一些类似于“配方”的指导原则，这将有助于未来制造更多不同类型的漩涡结构。

目前，全球各地的研究小组都在尝试设计各种有趣的结构光，以探索其潜在的应用价值。未来，科学家们将带来更多不同结构光方面的新突破。

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