Optics Express pesquisa publicada recentemente demonstrando um laser capaz de produzir um novo tipo de feixe vetorial. Este chamado feixe de onda vetorial de raio com 5 graus de liberdade quebra o paradigma do feixe de vórtice vetorial convencional, que abre o caminho para a manipulação de novos fenômenos quânticos para clássicos para comunicações de alta capacidade.

Tipicamente, a luz emitida por lasers padrão tem um grau de liberdade controlável que pode ser conferido por meio de polarização ou formato de feixe. Manipulando adequadamente um laser com a introdução de componentes ópticos especializados, uma saída com 2 graus de liberdade, como feixes de vórtices vetoriais com polarização controlável e momento angular orbital (OAM). O termo "vetor" descreve uma mudança estruturada na polarização através do feixe e "vórtice" descreve a torção da fase no feixe (OAM), muito parecido com um tornado. Não foi possível transcender 2 graus de liberdade de um laser. Ao explorar a dualidade de ondas de raio em um laser degenerado em frequência, um feixe de vetor com 5 graus de liberdade agora pode ser selecionado.

O conceito de dualidade de ondas de raio dentro dos lasers pode ser descrito como um padrão de onda de modo que está associado a uma trajetória de raio periódica. Um laser padrão tem um padrão de modo que oscila entre o centro de dois espelhos em um caminho reto perpendicular aos espelhos. Contudo, no caso de uma trajetória periódica, o padrão de modo também oscila entre dois espelhos, mas segue um caminho não perpendicular, semelhante a um padrão de zigue-zague. Estudos anteriores relataram apenas uma única trajetória com um certo tamanho transversal; Contudo, este trabalho demonstrou a seleção de duas trajetórias com diferentes tamanhos transversais e fases oscilantes, associado à transformação astigmática. Esta saída exótica constitui 4 graus de liberdade, nomeadamente, número periódico (número de raios), índice transversal (número de raios de saída), fase oscilante, e grau astigmático. Isso resulta em uma saída estruturada em vetor e, por sua vez, o quinto grau de liberdade. Com isso, a saída é transformada em uma trajetória torcida pela conversão do índice transversal em um que possui momento angular orbital com um conversor de modo astigmático externo.

Mais importante, esta saída estruturada de ondas de raio é considerada não separável, semelhante à descrição da mecânica quântica de estados emaranhados, no ângulo de orientação entre os índices transversais. "Acreditamos que contém uma grande novidade, porque a criação de tais ultra-graus de liberdade, a luz vetorial é altamente benéfica na descrição e exploração adicional de fenômenos físicos fundamentais, como efeitos Hall de spin óptico para estender novas aplicações em pinças ópticas e comunicações e para manipular novos estados clássicos quânticos, "diz o Dr. Shen.

A demonstração experimental vem de uma cavidade de laser "vazia", a ausência de componentes ópticos especializados. Isso representa um benefício adicional, pois o laser consiste em uma arquitetura simples, ainda produz um feixe de vetor com 5 graus de liberdade, muito além de um avanço incremental. "O número de raios na saída torcida pode ser facilmente manipulado pelo controle cuidadoso dos parâmetros do laser, como a distância entre os espelhos e a posição da bomba, que fornece um simples, solução compacta e elegante na origem, "diz o Dr. Darryl Naidoo do CSIR.

“África do Sul e China já são parceiros do BRICS, com planos para um centro fotônico virtual a ser estabelecido sob este programa. O presente trabalho destacou o que é possível reunir equipes dos melhores institutos da China (Tsinghua U.) e da África do Sul (CSIR e U. Witwatersrand). Esperamos que essas iniciativas colaborativas possam continuar no futuro, "diz o Prof. Andrew Forbes da WITS University.

O conceito de laser provavelmente atrairá o interesse tanto da comunidade acadêmica quanto da industrial. Esta saída promete estender convenientemente as aplicações no espaço do feixe vetorial e ter tais feixes sob demanda de um laser certamente abrirá novas áreas de aplicação.