Ny forskning viser at ultraraske laserpulser kan skape røykringlignende virvlende strukturer som, når de er koblet til hverandre, kan bære og overføre enkel bildeinformasjon. Denne oppdagelsen gir nye muligheter til feltet for optisk kommunikasjon og informasjonsoverføring.
Tidligere ble virvler vanligvis bare observert i vann og luft, men et forskerteam ledet av Howard Milchberg ved University of Maryland fant at lignende virvelstrukturer også kan dannes i lysstråler, kjent som virvelringer. I denne strukturen vrir og spinner lette partikler (eller fotoner) som luftpartikler i en røykring.
Milchberg påpekte at med den økende populariteten til teknologi for å lage virvler i lys, er applikasjonsutsiktene for denne strukturen veldig brede. "Dette feltet utvikler seg raskt, og nye bruksområder for disse strukturene i optikk blir utforsket. Blant dem er informasjonsbærende kapasitet et aspekt av spesiell bekymring."
For å realisere laservirvelringen ga forskerteamet laserpulsen en smultringlignende form og de roterende egenskapene til en røykring ved å nøyaktig justere intensiteten og fasen til lyset.
Lys er en elektromagnetisk bølge hvis fase bestemmer posisjonen til hver del av bølgen under dens oscillasjon. Siden disse laserpulsene varer mindre enn en milliondels sekund, kan de ønskede formene og funksjonene bare opprettes hvis de gis en bestemt faseverdi på et bestemt tidspunkt.
Under eksperimentet brukte teamet en serie linser, rillede krystaller og en "romlig lysmodulator" som ligner på en liten projektor for å levere laserpulser. Når pulser passerer gjennom disse enhetene og når detektoren, får de formen av en streng med virvelringer, kjent som "romtidsvirvelstrenger". Den største virvelringen laget har bygget består av 28 forskjellige virvelringer.
Deretter kodet forskerne logobildet sitt til en streng med virvelringegenskaper. Som et bevis på prinsippet overførte de et bilde på 16 384 piksler med en streng med 16 virvler. De forventer imidlertid at i mulige fremtidige eksperimenter vil en streng som inneholder 28 virvelringer være en mer effektiv metode for å overføre store mengder informasjon på kort tid.
Å lage smultringlignende virvler med lys krever høy grad av presisjon og oppmerksomhet på detaljer, sier Alan Willner fra University of Southern California. Forskerteamet har imidlertid gitt noen "oppskriftslignende" retningslinjer som vil bidra til å skape flere forskjellige typer virvelstrukturer i fremtiden.
For tiden prøver forskningsgrupper rundt om i verden å designe forskjellige interessante strukturerte lys for å utforske deres potensielle bruksverdi. I fremtiden vil forskere bringe flere nye gjennombrudd i forskjellige strukturerte lys.
