Usando espelhos, lasers e lentes para dobrar a luz em um anel de vórtice

Esquema do aparato experimental. Um pulso sonoro da fonte de laser se divide em um pulso de sinal e um pulso de referência. O pulso de sinal se transforma em um pulso de vórtice espaço-temporal (STOV) após um modelador de pulso 2D. O vórtice espaço-temporal é esticado ao longo da linha de vórtice e é então convertido em um vórtice toroidal através de um sistema de mapeamento conformal afocal. O vórtice toroidal é caracterizado pela interferência com o pulso de referência dechirped. Crédito:Nature Photonics (2022). DOI:10.1038/s41566-022-01013-y

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Xangai para Ciência e Tecnologia e da Universidade de Dayton desenvolveu uma maneira de dobrar a luz em um anel de vórtice usando espelhos, lasers e lentes. Em seu estudo, publicado na revista Nature Photonics, o grupo baseou-se no trabalho feito por outras equipes em que os anéis de vórtice foram observados incidentalmente e, em seguida, projetou matematicamente um sistema que poderia gerá-los sob demanda.
Em 2016, outra equipe de pesquisadores descobriu que, sob as circunstâncias certas, fortes pulsos de luz girando em torno de um pulso central em forma de tubo, às vezes, poderiam se formar em um vórtice em forma de rosquinha. Intrigados com a descoberta, os pesquisadores com esse novo esforço começaram a se perguntar se seria possível criar esses anéis de vórtice sob demanda.

Eles começaram estudando as propriedades e condições que levaram às formações observadas pela equipe em 2016 e aplicaram matemática ao problema. Eles encontraram soluções que pareciam mostrar como esses anéis poderiam ser feitos - soluções para as equações de Maxwell, em particular, eles descobriram, poderiam ser usadas para gerar o tipo de mapeamento conforme necessário.

Os pesquisadores reuniram uma combinação de materiais que levariam a uma implementação no mundo real de suas soluções matemáticas. Eles começaram modificando um laser padrão para gerar um tipo específico de pulso. Eles adicionaram espelhos, lentes, grades e tipos especiais de telas de cristal líquido para os pulsos passarem. Cada uma das partes impactava a luz de uma maneira específica.

Os pesquisadores observam que o sistema primeiro mudou os pulsos de luz para uma forma longa e estreita, o que deu a outras partes da luz algo para girar. Depois que a outra luz percorreu o sistema, a luz rodopiante se juntou, como ventos em um tornado, formando um anel.

Os pesquisadores planejam continuar seu trabalho, esperando descobrir se outras formas de vórtice podem ser feitas. Eles observam que seu trabalho pode fornecer planos para outros que procuram entender melhor a formação de vórtices toroidais que se formam naturalmente. + Explorar mais