Waterdraaikolken, rookringen, gewelddadige tornado's en spiraalstelsels zijn allemaal voorbeelden van kronkels in vloeistoffen, hoewel ze heel verschillend van elkaar zijn. Analoge wendingen, maar in het rijk van het licht, zijn gemaakt door de onderzoeksgroep gecoördineerd door Antonio Ambrosio aan het IIT-Istituto Italiano di Tecnologia (Italiaans Instituut voor Technologie), in Milaan (Italië). De resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Photonics , tonen de realisatie van 100 lichtwervelingen, gekoppeld om een ​​geordende structuur te vormen, een lichtkristal.

Wederzijdse interactie van licht en nanogestructureerde materialen is de focus van het onderzoek van Antonio Ambrosio, hoofdonderzoeker van de onderzoekslijn Vectorial Nano-imaging bij IIT in Milaan en begunstigde van het ERC Consolidator-project "METAmorphoses".

Gedraaide lichtgeneratoren zijn de afgelopen jaren ontwikkeld, maar ze creëren meestal een enkele vortex die zich alleen in de vrije ruimte voortplant. IIT-onderzoekers hebben in plaats daarvan aangetoond dat het mogelijk is om 100 lichtwervels te creëren, gekoppeld aan een geordend lichtkristal.

De groep in Milaan omvat ook de Ph.D. student Michael de Oliveira en de onderzoeker Marco Piccardo, tevens eerste auteur van het artikel. Hun resultaten laten zien hoe een oppervlak met nanostructuur kan worden gebruikt als een masker om tegelijkertijd alle parameters van verschillende laserstralen te regelen, niet alleen hun intensiteit. De groep toonde aan dat dit mogelijk is door een reeks meta-oppervlakken te ontwerpen, d.w.z. nanogestructureerde optische apparaten, die de lichtstraal vormen in een ruimte die 100 keer dunner is dan een mensenhaar. De gerealiseerde meta-oppervlakken vormen het golffront van licht als een kurkentrekker, waardoor een optische vortex ontstaat.

Het plaatsen van de metasurface-array in een laserholte, waar licht continu tussen twee spiegels kaatst, opent de deur naar nieuwe eigenschappen, zoals het zelfherstel van een defect in het systeem of de herconfigureerbaarheid van het aantal wendingen dat licht maakt. Dergelijke eigenschappen zijn het resultaat van de interactie tussen verschillende wervels van het kristal:elke vortex wordt in feite gemodelleerd door de interactie met andere wervels van een afstembaar netwerk.

De mogelijkheid om het aantal wendingen op aanvraag aan te passen is een uniek kenmerk van de metasurface laser. Hoewel de apparaten een vast ontwerp hebben en slechts één specifiek type optische vortex in de vrije ruimte kunnen genereren, kunnen, wanneer ze in een laserholte worden geplaatst, de eigenschappen van de wervels - bekend als hun topologie - worden gewijzigd door eenvoudig een holtespiegel af te stemmen. Deze functionaliteit kan worden gebruikt om licht dynamisch te moduleren en nuttige informatie te geven in de wendingen voor optische communicatie.

Het in Milaan ontwikkelde systeem is robuust en heeft ook het potentieel om informatie te verwerken die is gecodeerd in verschillende gekoppelde systemen, waaronder verre en enorme sterrenstelsels. Dankzij deze nieuwe resultaten is het nu mogelijk om in het laboratorium complexe gekoppelde systemen te simuleren, waarvan de volgorde is veranderd door stabiele defecten, die anders moeilijk te reproduceren zijn omdat ze een gigantische schaal betreffen, zoals sterrenstelsels, of een deel van extreme hydrodynamische systemen.

In de volgende stappen zullen de onderzoekers onderzoeken hoe ze de sterkte van de interactie tussen de wervels kunnen afstemmen en het systeem kunnen uitbreiden naar een nog groter aantal wervels. + Verder verkennen

Nieuw type meta-oppervlak maakt ongekende lasercontrole mogelijk