Esaminando gli ultimi sviluppi dei vortici spaziotemporali di luce

31 maggio 2023

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dall'Accademia Cinese delle Scienze

Vortici di luce, regioni di intensità nulla circondate da fasi a spirale, costituiscono lo scheletro di un campo d'onda e influenzano le proprietà della luce. Dalla scoperta della stretta connessione tra vortici ottici e momento angolare orbitale (OAM) della luce nell’articolo fondamentale del 1992, sono stati compiuti notevoli progressi nella ricerca per svelare la bellezza dei vortici di luce.

Sono state scoperte numerose applicazioni dell'OAM ottico sia nell'ottica classica che in quella quantistica, tra cui la comunicazione ottica, l'entanglement quantistico e la crittografia, la pinzetta ottica, la coppia motrice per una micromacchina, lo spostamento Doppler rotazionale e l'imaging.

In un nuovo articolo pubblicato su eLight, un team di scienziati guidato dal professor Qiwen Zhan dell’Università di Scienza e Tecnologia di Shanghai ha esaminato gli ultimi sviluppi dei vortici di luce spaziotemporali.

I vortici ottici presentano una dipendenza dalla fase azimutale. L'OAM trasportato da ciascun fotone è proporzionale alla carica topologica e quantizzato. Il momento angolare di spin (SAM), associato agli stati di polarizzazione circolare, è limitato, ma l'OAM per fotone è teoricamente illimitato. La direzione del momento angolare della luce è solitamente diretta lungo la direzione di propagazione.

Un decennio fa è emerso l’interesse per la SAM trasversale e sono stati scoperti campi elettrici che ruotano trasversalmente in fasci fortemente focalizzati e onde evanescenti. La parola "ruota fotonica" descrive la relazione ortogonale tra la direzione del SAM e la direzione di propagazione. Analogamente, i vortici ottici che trasportano OAM trasversale hanno attirato un interesse in rapida crescita.

I vortici inclinati di luce sono stati previsti utilizzando la teoria della relatività speciale. Un osservatore che si muove trasversalmente vede un vortice ottico spaziale vicino alla velocità della luce come un vortice inclinato. I vortici ottici spaziotemporali (STOV), che occupano una piccola frazione dell'energia totale, sono stati osservati per la prima volta nei filamenti di femtosecondi nell'aria.

Successivamente, è stata dimostrata la generazione controllabile di STOV con OAM trasversale utilizzando l'ottica lineare. È stata segnalata la generazione della seconda armonica (SHG) dell'OAM trasversale e dimostrata la conservazione dell'OAM. Sono stati inoltre effettuati calcoli rigorosi dell'OAM trasversale e dell'accoppiamento di OAM trasversale e SAM.

Sono stati progettati schemi per generare STOV utilizzando metasuperfici e cristalli fotonici. Indubbiamente, la realizzazione sperimentale di STOV ha stimolato il crescente interesse per gli STOV e stimolato le loro potenziali applicazioni in vari fenomeni ottici. Va notato che questo articolo si concentra sui recentissimi progressi relativi agli STOV. I lettori interessati agli ultimi sviluppi dei pacchetti d'onda spaziotemporali più generali e delle onde strutturate possono fare riferimento a diversi articoli di revisione citati in questo lavoro.

Maggiori informazioni: Chenhao Wan et al, Vortici spaziotemporali ottici, eLight (2023). DOI: 10.1186/s43593-023-00042-6

Fornito dall'Accademia Cinese delle Scienze