光の時空間渦の最新の発展を調べる

2023年5月31日

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中国科学院による

光の渦、つまり螺旋位相に囲まれた強度のゼロ領域は、波場の骨格を構成し、光の特性に影響を与えます。 1992 年の独創的な論文で光の渦と光の軌道角運動量 (OAM) の密接な関係が発見されて以来、光の渦の美しさを明らかにするためにかなりの研究が進歩しました。

光通信、量子もつれと暗号化、光ピンセット、マイクロマシンの駆動トルク、回転ドップラーシフト、イメージングなど、古典光学と量子光学の両方で光 OAM の数多くの応用が発見されています。

eLight に掲載された新しい論文の中で、上海科学技術大学の Qiwen Zhan 教授が率いる科学者チームは、光の時空間渦の最新の発展を調査しました。

光渦は方位角位相依存性を特徴とします。 各光子によって運ばれる OAM はトポロジカル電荷に比例し、量子化されます。 円偏光状態に関連するスピン角運動量 (SAM) は制限されていますが、光子あたりの OAM は理論的には無制限です。 光の角運動量の方向は、通常、伝播方向に沿った方向を向いています。

10 年前、横方向 SAM への関心が高まり、強く集束されたビームとエバネッセント波で横方向に回転する電場が発見されました。 「フォトニック ホイール」という言葉は、SAM 方向と伝播方向の間の直交関係を表します。 同様に、横方向 OAM を運ぶ光渦も急速に関心を集めています。

傾斜した光の渦は、特殊相対性理論を使用して予測されました。 横方向に移動する観察者は、光速に近い空間光渦を傾いた渦として見る。 全エネルギーのごく一部を占める時空間光渦 (STOV) は、空気中のフェムト秒フィラメントで初めて観察されました。

その後、線形光学を使用して、横方向 OAM による STOV の制御可能な生成が実証されました。 横方向 OAM の第 2 高調波発生 (SHG) が報告され、OAM の保存が実証されました。 横方向OAMの厳密な計算と、横方向OAMとSAMの結合も達成されました。

メタサーフェスとフォトニック結晶を使用して STOV を生成するスキームが設計されました。 STOV の実験的実現により、STOV への関心が高まり、さまざまな光学現象における STOV の潜在的な応用が促進されていることは間違いありません。 この記事は、STOV に関連するごく最近の進歩に焦点を当てていることに注意してください。 より一般的な時空間波パケットと構造化波の最新の開発に興味のある読者は、この著作で引用されているいくつかの総説記事を参照してください。

詳しくは： Chenhao Wan 他、光時空間渦、eLight (2023)。 DOI: 10.1186/s43593-023-00042-6

中国科学院提供