Ter herdenking van de 30e verjaardag van de voorspelling van optische wervels, onderzoekers in China - Xing Fu aan de Tsinghua University, Xiaocong Yuan van de Universiteit van Shenzhen en co-auteurs beoordeelden de 30-jarige ontwikkeling van het begrip en de toepassingen van deze intrigerende verschijnselen.

Wervels zijn veelvoorkomende verschijnselen die in de natuur veel voorkomen, van kwantumwervels in vloeibare stikstof tot oceaancirculatie en tyfoonwervels en zelfs spiraalstelsels in de Melkweg. Wervels bestaan ​​ook in optica, waarvan het concept voor het eerst werd voorgesteld door theoretisch fysicus Pierre Coullet en collega's [ opt. gemeenschappelijk 73, 403 (1989)] dertig jaar geleden. tot nu toe, dankzij hun verbazingwekkende structuren, optische vortices (OV's) hebben geleid tot enorme geavanceerde toepassingen zoals optische pincetten, kwantumverstrengeling, en niet-lineaire optica, in elke tak van moderne optica.

De auteurs verdeelden de 30-jarige ontwikkeling van OV's in drie fasen:de eerste 10 jaar is de fundamentele theorieënfase waarin nieuwe fysieke concepten en nieuwe fysieke fenomenen naar voren werden gebracht tijdens deze fase, zoals topologische lading, fase singulariteit, vortex rooster, orbitaal impulsmoment (OAM), en wervelstralen met een spiraalvormig golffront, die een solide theoretische basis legde voor de daaropvolgende wetenschappelijke toepassingen.

De tweede 10 jaar is de applicatie-ontwikkelingsfase die, vanwege de kenmerken van de enkelvoudige fase van OV en hoge afmetingen van OAM, optische wervels brengen een uniek soort lichtbronnen met superieure prestaties voor de toepassingen van kwantumtechnologie, optische pincetten en deeltjesmanipulatie, beeldvorming met superresolutie, biomedische en chemische detectie, optische communicatie met hoge capaciteit, enz.; De afgelopen 10 jaar is de technologische doorbraakfase die metasurface OV op nanoschaal heeft gebracht, OAM-multiplexing heeft de capaciteit van optische communicatie uitgebreid tot terabit- zelfs petabit-niveau, en verbeterde afstembaarheid van OV heeft nieuwe niet-lineaire en kwantumfenomenen gerealiseerd, OV als een van de populairste wetenschappelijke onderwerpen te pushen.

In dit overzichtsartikel ze legden ook uit hoe het concept van optische wervels voortkwam uit waargenomen overeenkomsten tussen het gedrag van vloeibare wervels en sommige vormen van laserlicht. De lichtgolven van optische wervels zijn gedraaid rond hun reisrichting, met een punt van nul intensiteit in hun midden. De auteurs onderzochten de gestage verfijning van technieken die worden gebruikt om optische wervels te creëren, en hun toepassingen verkennen. Ze benadrukten dat de afstembaarheid van OV's niet alleen de spectrale en temporele afstembaarheid omvat, maar ook de OAM-, chiraliteit-, topologische-lading-, en singulariteit-distributie afstembaarheid. Prominente toepassingen zijn onder meer geavanceerde optische computerprocessen, nieuwe microscopie- en beeldvormingstechnieken, de creatie van een 'optisch pincet' om materiedeeltjes op te vangen, en optische bewerking met behulp van licht om structuren op nanoschaal te patroon.