Comemorando o 30º aniversário da previsão de vórtices ópticos, pesquisadores na China - Xing Fu na Universidade de Tsinghua, Xiaocong Yuan da Universidade de Shenzhen e co-autores - revisaram o desenvolvimento de 30 anos da compreensão e das aplicações desses fenômenos intrigantes.

Vórtices são fenômenos comuns que existem amplamente na natureza, de vórtices quânticos em nitrogênio líquido à circulação oceânica e vórtices de tufão e até galáxias espirais na Via Láctea. Vórtices também existem na óptica, cujo conceito foi proposto pela primeira vez pelo físico teórico Pierre Coullet e colegas [ Optar. Comum. 73, 403 (1989)] trinta anos atrás. Até agora, devido às suas estruturas incríveis, vórtices ópticos (OVs) geraram aplicações extremamente avançadas, como pinças ópticas, emaranhamento quântico, e óptica não linear, em todos os ramos da ótica moderna.

Os autores dividiram o desenvolvimento de 30 anos de OVs em três estágios:os primeiros 10 anos é o estágio de teorias fundamentais em que novos conceitos físicos e novos fenômenos físicos foram apresentados durante este estágio, como carga topológica, singularidade de fase, rede de vórtice, momento angular orbital (OAM), e feixes de vórtice com frente de onda espiral, que lançou bases teóricas sólidas para as aplicações científicas subsequentes.

Os segundos 10 anos é o estágio de desenvolvimento do aplicativo que, devido às características da fase singular do OV e as altas dimensões do OAM, vórtices ópticos trazem um tipo único de fontes de luz com desempenho superior para as aplicações da tecnologia quântica, pinças ópticas e manipulação de partículas, imagem de super-resolução, detecção biomédica e química, comunicação óptica de alta capacidade etc .; Os últimos 10 anos são o estágio de avanço da tecnologia que a metassuperfície trouxe OV para a nanoescala, A multiplexação OAM estendeu a capacidade de comunicação óptica para terabit - até mesmo nível de petabit, e melhor sintonização de OV percebeu novos fenômenos não lineares e quânticos, empurrando OV como um dos tópicos científicos mais quentes.

Neste artigo de revisão, eles também explicaram como o conceito de vórtices ópticos emergiu de semelhanças observadas entre o comportamento de vórtices fluidos e algumas formas de luz laser. As ondas de luz dos vórtices ópticos são torcidas em torno de sua direção de viagem, com um ponto de intensidade zero em seu centro. Os autores pesquisaram o constante refinamento das técnicas usadas para criar vórtices ópticos, e explorar suas aplicações. Eles enfatizaram que a sintonia de OVs inclui não apenas a sintonia espectral e temporal, mas também a OAM-, quiralidade-, carga topológica-, e sintonia de distribuição de singularidade. Aplicações proeminentes incluem sofisticados processos de computação óptica, novas técnicas de microscopia e imagem, a criação de 'pinças ópticas' para prender partículas de matéria, e usinagem óptica usando luz para padronizar estruturas em nanoescala.