Een optische vortex wordt geïdentificeerd als een fase-singulariteit omringd door een spiraalvormig golffront, en dankzij zijn unieke eigenschappen, inclusief gedragen orbitaal impulsmoment (OAM) geassocieerd met donutvormige profielen, het heeft opwindende toepassingen gevonden in nanoscopie met gestimuleerde emissiedepletie (STED), optische manipulatie, zowel kwantum als klassieke OAM-multiplexing optische communicatie, verbeterde optische beeldvorming, en recentelijk in zeer intense vortexfysica, enz. Echter, de grootte van de donutvormige patronen gegenereerd door conventionele wervels is sterk afhankelijk van de gedragen topologische lading.

In 2013, Ostrvsky en collega's stelden eerst het concept van perfecte optische wervels (POV's) voor, die werd gevormd tot een impulsring op het Fourier-vlak waarvan de straal quasi-onafhankelijk was van de topologische lading. In hetzelfde jaar, deze "perfecte" vortexstraal werd gedemonstreerd voor het dynamisch vangen van microdeeltjes langs die heldere ringen, en er werd aangetoond dat deze perfecte wervels een mogelijkheid boden om OAM over te brengen naar opgesloten deeltjes langs die heldere impulsringen.

Een jaar later, dit nieuwe type optische wervels werd voorgesteld voor OAM-multiplexing van optische vezelcommunicatie, wat de mogelijkheid biedt om meerdere OAM-bundels te koppelen tot een bepaalde ringvormige vezel. Echter, de impulsringen van de in het verleden gerapporteerde POV's zijn allemaal heldere ringen, die in sommige scenario's ook hun toepassingen zouden kunnen belemmeren.

Onlangs, een type gegeneraliseerde POV's met een controleerbaar impulsringprofiel op basis van circulaire Dammann-roosters (CDG's) werd voorgesteld en gedemonstreerd door een onderzoeksteam van het Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Wetenschapsacademie. Het concept is gepubliceerd in Fotonica onderzoek .

Met de ontwikkeling van zijn ontwerptheorie, de CDG's hadden hun toepassingen gevonden in optische metingen, optische beeldcodering, gestructureerde lichte pompende lasers, en ringvormige laserverlichting, enz. Echter, de impulsringen die door traditionele CDG's worden gegenereerd, hebben geen orbitaal impulsmoment.

Volgens de onderzoeksgroep het Fourier-spectrum van elke diffractieorde van een CDG ingebed met een spiraalfase was in wezen een gewichtssom van twee impulsringen, de ene naar binnen en de andere naar buiten gerichte impulsring.

Dus, het is mogelijk om het impulsringprofiel van de ringvormige ring ingebed met spiraalvormige fase willekeurig te regelen door de gewichtscoëfficiënt tussen die twee impulsringen te veranderen.

In het proof-of-principle-experiment, een programmeerbare ruimtelijke lichtmodulator werd gebruikt om de fase van CDG's ingebed met spiraalfase te simuleren, waarvan de structuur is geoptimaliseerd om de gewenste gewichtscoëfficiënt tussen die twee impulsringen te verkrijgen.

Het toonde aan dat een soort "absolute" donkere POV's omringd door twee heldere lobringen aan elke kant werd gepresenteerd, die een perfecte ringvormige potentiaal bood langs die donkere impulsringen voor het opsluiten van gestaag deeltjes met een lage index, cellen, of kwantumgas, enzovoort.

Verder, meerdere POV's met verschillende impulsringprofielen, inclusief conventionele POV's met heldere ringen, hierboven genoemde donkere POV's, en ook POV's met een controleerbaar impulsringprofiel werden gedemonstreerd.

Dit werk opent nieuwe mogelijkheden om het impulsringprofiel willekeurig te hervormen voor perfecte wervelingen. Het zou van groot belang moeten zijn in optische manipulatie, zowel kwantum als klassieke optische communicatie, verbeterde optische beeldvorming, en ook nieuwe gestructureerde pomplasers.