Rookringen zijn vergelijkbaar met wervelingen die bij laserlicht ontstaan
Yevhen Rychko / Alamy Stock Foto
Korte laserpulsen kunnen worden gedraaid tot een reeks donutachtige wervelingen, waardoor een manier wordt geboden om meer informatie met behulp van licht over te brengen.
Meestal komen we draaikolken tegen in water en lucht, maar soortgelijke vortexstructuren kunnen ook in lichtbundels ontstaan. Eén zo’n structuur is een vortexring, waarin lichtdeeltjes – of fotonen – draaien en wervelen als luchtdeeltjes in een rookring. Jinping Yao van de Chinese Academie van Wetenschappen en haar collega’s hebben nu ontdekt hoe ze tot 28 vortexringen in één enkele laserpuls kunnen samenbrengen.
Om dit te doen, heeft het team de intensiteit van het licht nauwkeurig aangepast en een andere eigenschap van licht aangepast, de zogenaamde fase. Licht is een elektromagnetische golf, en de fase ervan bepaalt waar elk deel van de golf zich bevindt in zijn herhaalde op en neergaande oscillatie. De laserpuls, die in het experiment minder dan een miljoenste van een seconde duurde, kon alleen de donutachtige vorm en het wervelende karakter van de rookring krijgen als de onderzoekers er specifieke waarden aan gaven in bepaalde delen van de puls.
Ze stuurden de impuls door een reeks lenzen, speciale uitstekende kristallen en een ‘ruimtelijke lichtmodulator’, die lijkt op een kleine projector. Toen het door alle ringen ging om de detector te bereiken, nam het de vorm aan van een ketting van vortexringen. Yao en haar collega’s noemden dit een ‘spatiotemporele vortexarray’, en de grootste die ze maakten bestond uit 28 verschillende vortexringen.
Vervolgens codeerden ze de afbeelding van het logo van hun instituut in de eigenschappen van een reeks vortexringen. Als proof-of-principle gebruikten ze arrays van 16 wervels om 16.384 pixels over te brengen, maar mogelijke toekomstige experimenten met arrays met 28 vortexringen zouden een efficiënte manier zijn om veel informatie over te brengen in een korte lichtflits.
Howard Milchberg van de Universiteit van Maryland, wiens team pionierde met de experimenten met de vortexringen, zegt dat technieken voor het maken van wervels in licht de laatste tijd op grotere schaal beschikbaar zijn geworden, dus er zijn veel mogelijke nieuwe toepassingen. “Het veld is een beetje geëxplodeerd en mensen denken over verschillende dingen over deze structuren [in light]. Het vermogen om informatie te dragen is zeker de moeite waard om over na te denken”, zegt hij.
Het maken van donutwervelingen uit licht vergt veel zorg en het goed krijgen van alle details, maar de onderzoekers hebben ook een soort recept gegeven voor het maken van meer en verschillende wervelingen in de toekomst, zegt Alan Willner van de University of Southern California. “Onderzoeksgroepen over de hele wereld hebben geprobeerd interessant, gestructureerd licht te ontwerpen. Ze vragen zich af: ‘Wat voor soort licht kunnen we mogelijk creëren?’ en dit zou onderdeel kunnen zijn van de toolkit die we moeten ontdekken”, zegt hij.
Onderwerpen: