Um vórtice óptico é identificado como uma singularidade de fase circundada por frente de onda helicoidal, e graças às suas propriedades únicas, incluindo o momento angular orbital transportado (OAM) associado a perfis em forma de donut, ele encontrou aplicações interessantes na nanoscopia de depleção de emissão estimulada (STED), manipulação óptica, comunicações ópticas de multiplexação OAM quântica e clássica, imagem ótica aprimorada, e recentemente na física de vórtices de alta intensidade, etc. No entanto, o tamanho dos padrões em forma de donut gerados por vórtices convencionais é fortemente dependente da carga topológica carregada.

Em 2013, Ostrvsky e seus colegas de trabalho propuseram pela primeira vez o conceito de vórtices ópticos perfeitos (POVs), que foi moldado em um anel de impulso no plano de Fourier com seu raio quase independente da carga topológica. No mesmo ano, este feixe de vórtice "perfeito" foi demonstrado para captura dinâmica de micropartículas ao longo desses anéis brilhantes, e foi mostrado que esses vórtices perfeitos forneciam a possibilidade de transferir OAM para partículas aprisionadas ao longo desses anéis de impulso brilhantes.

Um ano depois, este novo tipo de vórtices ópticos foi proposto para comunicações de fibra óptica de multiplexação OAM, que fornece a possibilidade de acoplar vários feixes OAM em uma determinada fibra anular. Contudo, os anéis de impulso daqueles POVs relatados no passado são todos anéis brilhantes, o que também pode atrapalhar suas aplicações em alguns cenários.

Recentemente, um tipo de POVs generalizados com perfil de anel de impulso controlável baseado em Redes Dammann Circulares (CDGs) foi proposto e demonstrado por uma equipe de pesquisa do Instituto de Óptica e Mecânica Fina de Xangai, Academia Chinesa de Ciências. O conceito foi publicado em Pesquisa Fotônica .

Com o desenvolvimento de sua teoria de design, os CDGs encontraram suas aplicações em medição óptica, codificação ótica de imagem, lasers de bombeamento de luz estruturados, e iluminação a laser anular, etc. No entanto, os anéis de impulso gerados por CDGs tradicionais não possuem nenhum momento angular orbital.

De acordo com o grupo de pesquisa, o espectro de Fourier de cada ordem de difração de um CDG embutido com uma fase espiral era essencialmente uma soma de peso de dois anéis de impulso, um anel de impulso orientado para dentro e outro para fora.

Assim, é possível controlar o perfil do anel de impulso do anel anular embutido na fase espiral arbitrariamente, alterando o coeficiente de peso entre esses dois anéis de impulso.

No experimento de prova de princípio, um modulador de luz espacial programável foi usado para simular a fase de CDGs incorporados à fase espiral, cuja estrutura foi otimizada para obter o coeficiente de peso desejado entre esses dois anéis de impulso.

Ele mostrou que um tipo de POVs escuros "absolutos" rodeados por dois anéis de lóbulos brilhantes em cada lado foi apresentado, que forneceu um potencial anular perfeito bem ao longo desses anéis de impulso escuro para capturar partículas de baixo índice de forma constante, células, ou gás quântico, etc.

Além disso, vários POVs com diferentes perfis de anel de impulso, incluindo POVs convencionais com anéis brilhantes, POVs escuros mencionados acima, e também POVs com perfil de anel de impulso controlável foram demonstrados.

Este trabalho abre novas possibilidades para remodelar arbitrariamente o perfil do anel de impulso para vórtices perfeitos. Deve ser de grande interesse na manipulação óptica, comunicações ópticas quânticas e clássicas, imagem ótica aprimorada, e também novos lasers de bombeamento estruturados.