Optica Express recent gepubliceerd onderzoek dat een laser aantoont die in staat is een nieuw type vectorbundel te produceren. Deze zogenaamde vectorstraalgolfbundel met 5 vrijheidsgraden doorbreekt het paradigma van de conventionele vectorvortexbundel, wat de weg vrijmaakt voor het manipuleren van nieuwe kwantum-naar-klassieke fenomenen voor communicatie met hoge capaciteit.

Typisch, licht dat door standaardlasers wordt uitgezonden, heeft een regelbare vrijheidsgraad die kan worden verleend door polarisatie of bundelvorm. Door een laser op de juiste manier te manipuleren met de introductie van gespecialiseerde optische componenten, een uitgang met 2 vrijheidsgraden, zoals vector vortexbundels met regelbare polarisatie en orbitaal impulsmoment (OAM). De term "vector" beschrijft een gestructureerde verandering in de polarisatie over de bundel en "vortex" beschrijft de verdraaiing van de fase in de bundel (OAM), net als een tornado. Het overschrijden van 2 vrijheidsgraden van een laser was niet mogelijk. Door gebruik te maken van de dualiteit van straalgolven in een in frequentie gedegenereerde laser, een vectorbundel met 5 vrijheidsgraden kan nu worden geselecteerd.

Het concept van straalgolfdualiteit binnen lasers kan worden beschreven als een modusgolfpatroon dat is geassocieerd met een periodieke straalbaan. Een standaardlaser heeft een moduspatroon dat oscilleert tussen het midden van twee spiegels op een recht pad dat loodrecht op de spiegels staat. Echter, in het geval van een periodiek traject, het moduspatroon oscilleert ook tussen twee spiegels, maar volgt een niet-loodrecht pad, vergelijkbaar met een zigzagpatroon. Eerdere studies hebben alleen gerapporteerd over een enkel traject met een bepaalde dwarsafmeting; echter, dit werk demonstreerde de selectie van twee trajecten met verschillende dwarsafmetingen en oscillerende fasen, geassocieerd met astigmatische transformatie. Deze exotische output vormt 4 vrijheidsgraden, namelijk, periodiek nummer (aantal stralen), transversale index (aantal outputstralen), oscillerende fase, en astigmatische graad. Dit resulteert in een vectorgestructureerde uitvoer en op zijn beurt, de vijfde vrijheidsgraad. Hiermee, de output wordt omgezet in een gedraaide baan door de transversale index om te zetten in een die een orbitaal impulsmoment bezit met een externe astigmatische modusconvertor.

belangrijk, deze ray-wave gestructureerde output zou niet te scheiden zijn, verwant aan de kwantummechanica beschrijving van verstrengelde toestanden, in de oriëntatiehoek tussen de dwarsindices. "We geloven dat het een grote nieuwigheid heeft, omdat het creëren van zulke ultra-vrijheidsgraden, vectorieel licht is zeer nuttig bij het beschrijven en verder onderzoeken van fundamentele fysische fenomenen zoals optische spin Hall-effecten voor het uitbreiden van nieuwe toepassingen in optische pincetten en communicaties en om nieuwe kwantumachtige klassieke toestanden te manipuleren, " zegt dr. Shen.

De experimentele demonstratie komt van een anders "lege" laserholte, de afwezigheid van gespecialiseerde optische componenten. Dit heeft als bijkomend voordeel dat de laser bestaat uit een eenvoudige architectuur, maar geeft een vectorbundel af met 5 vrijheidsgraden, veel verder dan een stapsgewijze vooruitgang. "Het aantal stralen in de gedraaide output kan gemakkelijk worden gemanipuleerd door zorgvuldige controle van de laserparameters, zoals de afstand tussen de spiegels en de pomppositie, die een eenvoudige, compacte en elegante oplossing bij de bron, " zegt Dr. Darryl Naidoo van het CSIR.

"Zuid-Afrika en China zijn al partners onder BRICS, met plannen om in het kader van dit programma een virtueel fotonicacentrum op te richten. Het huidige werk heeft duidelijk gemaakt wat er mogelijk is als je teams van de beste instituten in China (Tsinghua U.) en Zuid-Afrika (CSIR en U. Witwatersrand) samenbrengt. We hopen dat dergelijke samenwerkingsinitiatieven in de toekomst kunnen worden voortgezet, " zegt prof. Andrew Forbes van WITS University.

Het laserconcept zal waarschijnlijk belangstelling wekken van zowel de academische als de industriële gemeenschap. Deze output is veelbelovend om toepassingen in de vectorbundelruimte gemakkelijk uit te breiden en het hebben van dergelijke bundels op aanvraag van een laser zal zeker nieuwe toepassingsgebieden openen.