Створено перший у своєму роді мета-лазер, що виробляє сильно "закручений" світло

May 05 7:00 2020 Друк цієї статті

До останнього часу такий "закручений" світло отримували тільки за допомогою складних оптичних пристроїв, побудованих на основі керованих поляризаторів або матриць спеціальних рідких кристалів, з-за того, що самі джерела світла, лазери, не могли забезпечити високе значення орбітального кутового моменту (orbital angular momentum, OAM), яка й визначає ступінь "закрученості" світла.

Не так давно група дослідників з Гарвардського університету (США), організації CSIR (Південна Африка), за участю колег з Сінгапуру, Бельгії та Італії, розробила і продемонструвала роботу першого у своєму роді мета-лазера, який виробляє так званий понад-хиральный світло, світло з найбільшим на сьогоднішній день значенням кутового моменту. Світ такого лазера забезпечує максимально високий рівень взаємодії матерії з цим світлом і його можна використовувати в якості оптичного гайкового ключа" або для кодування великих обсягів інформації, що передається по оптичних комунікаційних каналах.

Судячи по наявності приставки "мета" в назві нового лазера, його ключовим компонентом є метаповерхность, яка впливає на світ і змінює його параметри кожен раз, коли світло проходить через неї. Метаповерхность була розрахована і виготовлена вченими з Гарварду, вона являє собою матеріал, поверхня якого покрита безліччю маленьких (нанометрового розміру) стовпчиків, висота, ширина і відстань між якими були ретельно розраховані для отримання необхідного ефекту. І коли світло проходить через таку поверхню, він кожен раз повертається на певний кут.

Крім того, що створена метаповерхность сама по собі володіє високим значенням фазового градієнта, вона здатна без будь-яких порушень роботи пропускати крізь себе досить потужний потік світла, що істотно розсовує межі використання таких лазерів.

У результаті всіх описаних вище заходів і прийомів, новий лазер здатний забезпечити виробництво світла зі 100 разів більшим значенням кутового моменту і в 10 разів більшою потужністю, ніж будь-які інші подібні лазери, створені до останнього часу. При цьому, новий лазер надає можливість повного контролю над кутовим моментом (AM), обертанням (поляризація) та орбітальним кутовим моментом (OAM) виходить з нього променя світла. І все що потрібно для цього - лише зміна декількох параметрів світла, що використовується для накачування лазера.

"Ми можемо використовувати такий "закручений" світло для приведення в дію наномеханизмов в умовах, в яких не працюють ні фізичні механічні системи, ні електромеханічні системи" - пишуть дослідники, - "А крихітні розміри нашого лазера дозволять інтегрувати його в структуру невеликих чіпів, які можуть стати мініатюрної заміною набагато більш великих пристроїв, званих лабораторіями-на-чіпі. Викривлений лазерний світло може використовуватися для переміщень і маніпуляції крихітними об'єктами, такими, як живі клітини, за його допомогою можна змусити рухатися потоки рідини й улаштувати щось на зразок крихітної центрифуги".