Geometrik jismlarning uzluksiz deformatsiyalarga uchragan holda bir xil boʻlib qoladigan xossalarini oʻrganuvchi matematikaning topologiya boʻlimi tufayli Janubiy Afrikadagi Vitvatersrand universitetida Isaak Neyp va Buyuk Britaniyaning Sharqiy Angliya universiteti (UEA) ning Kayn Forbes boshchiligidagi olimlar jamoasi yorugʻlikning chiraliligini dasturlash va nazorat qilish yoʻlini kashf etdilar (oʻng va oʻngda.{5}}){5}}
Optikada xirallik odatda dumaloq qutblangan yorug'lik bilan bog'liq (bunda yorug'lik harakatlanayotganda elektr maydoni soat yo'nalishi bo'yicha yoki soat sohasi farqli ravishda aylanadi).
"Bizning ishimiz yorug'lik moddiy interfeys, metasurfas yoki juda qattiq fokusga muhtoj bo'lmasdan-tarqalishi orqali o'zining mahalliy qo'lligini yaratishi va boshqarishi mumkinmi degan savolga asoslandi", deydi Forbes, UEA Kimyo, farmatsevtika va farmakologiya maktabi o'qituvchisi.
Topologik zaryadni sozlash
Topologiya kosmos atrofida yorug'lik nurlari shamolining fazasi va polarizatsiyasi orqali kiradi. "Tuzilgan yorug'lik bizga bu g'oyalarni birlashtirishga imkon beradi, shunda biz fazasi va polarizatsiyasi nur bo'ylab aniq yo'llar bilan farq qiladigan nurlarni loyihalashimiz mumkin", deb tushuntiradi Forbes. "Biz nur topologiyasining oddiy boshqaruv tugmasi vazifasini bajarish imkoniyati bilan qiziqdik. Pancharatnam topologik zaryadini (bir parametr) o'zgartirib, biz tarqalish vaqtida yorug'likning mahalliy spini va chiralligini qayta tashkil etishimiz mumkin."
Effektning o'zi uchun maxsus materiallar kerak emasligini ta'kidlash muhimdir. Spin va xirallik, bu holda, strukturalangan yorug'lik nurining- vektor girdob nurining bo'sh-fazoda tarqalishi paytida paydo bo'ladi.
Vektorli vorteks nuri nima? "Vektor qutblanishning bir xil bo'lishidan ko'ra nur bo'ylab farqlanishini anglatadi", deydi Forbes. "Vorteks nurning orbital burchak momentumini o'tkazishini anglatadi, bu buralgan fazali jabha bilan bog'liq. Va topologiya esa nurning o'z o'qi atrofida aylanish yo'li orqali kiradi. Bizning ishimizda bu burilish Pancharatnam topologik zaryadi tomonidan boshqariladi, bu nur atrofida harakatlanayotganda nurning fazasi va polarizatsiyasi qanday o'zgarishini belgilaydi."
Boshlang'ich tekislikda nurning aylanishi-muvozanatlangan. Uning chap- va o'ng-aylana komponentlari teng ravishda mavjud, shuning uchun mahalliy doiraviy qutblanish yo'q. "Ammo bu ikki komponent turli orbital tuzilmalarga ega", deb ta'kidlaydi Forbes. "Nurning tarqalishi bilan ular turli Gouy fazalari va turli radial profillarni oladi. Bu o'ng{7}} va chap qo'l aylana komponentlarini radial tarzda ajratib turadi, bu esa mahalliy spin va optik chirallikni hosil qiladi."
Effektning o'zi uchun maxsus materiallar kerak emasligini ta'kidlash muhimdir. Spin va xirallik, bu holda, strukturalangan yorug'lik nurining- vektor girdob nurining bo'sh-fazoda tarqalishi paytida paydo bo'ladi.
Vektorli vorteks nuri nima? "Vektor qutblanishning bir xil bo'lishidan ko'ra nur bo'ylab farqlanishini anglatadi", deydi Forbes. "Vorteks nurning orbital burchak momentumini o'tkazishini anglatadi, bu buralgan fazali jabha bilan bog'liq. Va topologiya esa nurning o'z o'qi atrofida aylanish yo'li orqali kiradi. Bizning ishimizda bu burilish Pancharatnam topologik zaryadi tomonidan boshqariladi, bu nur atrofida harakatlanayotganda nurning fazasi va polarizatsiyasi qanday o'zgarishini belgilaydi."
Boshlang'ich tekislikda nurning aylanishi-muvozanatlangan. Uning chap- va o'ng-aylana komponentlari teng ravishda mavjud, shuning uchun mahalliy doiraviy qutblanish yo'q. "Ammo bu ikki komponent turli orbital tuzilmalarga ega", deb ta'kidlaydi Forbes. "Nurning tarqalishi bilan ular turli Gouy fazalari va turli radial profillarni oladi. Bu o'ng{7}} va chap qo'l aylana komponentlarini radial tarzda ajratib turadi, bu esa mahalliy spin va optik chirallikni hosil qiladi."
Strukturaviy yorug'lik fotonikasi, optik manipulyatsiya, chiral zondlash
Oldinda mavjud bo'lgan uchta eng aniq ilovalar, ehtimol tuzilgan yorug'lik fotonikasi, optik manipulyatsiya va chiral zondlashdir. Yana bir potentsial foydalanish yuqori o'lchamli fotonik ma'lumotni qayta ishlashdir, chunki nur bog'lovchilari aylanish va orbital burchak momentumini boshqariladigan tarzda.
"Aslida, bizning kashfiyotimiz klassik va kvant strukturali yorug'lik bilan bog'liq bo'lib, u erda ma'lumot polarizatsiya (aylanuvchi yorug'lik) va fazoviy rejimlar (burma yorug'lik) doirasida kodlanishi mumkin", deydi Neyp. "Fotonning aylanishi va burilishi yorqin lazer nurlari ichida va bitta foton darajasida alifbo sifatida ishlatilishi mumkin. Har bir alohida holat boshqa ma'lumot belgisini ifodalaydi."
Jamoaning hozirgi ishi klassik optik fizikadir, lekin bir xil erkinlik darajalari, spin, orbital burchak momentum va fazoviy rejim tuzilishi kvant fotonikasi uchun ham qo'llaniladi. "Bizning uzoqroq{1}}muddatli qiziqishimiz bu turdagi topologiya-boshqariladigan spin-orbita tuzilishi yuqori o'lchamli fotonik holatlarni tayyorlash, o'zgartirish yoki kodlash uchun foydali bo'lishi mumkinmi," deydi Neype.
Keyinchalik, tadqiqotchilar ushbu mexanizm qanchalik umumiy va foydali ekanligini o'rganishni rejalashtirmoqdalar. "Biz Pancharatnam topologik zaryadi erkin{1}}kosmos tarqalishi uchun spin va xirallikni boshqarishi mumkinligini ko'rsatdik va endi savol bu boshqaruvni qanchalik uzoqqa surish mumkin", deydi Neype. "Shuningdek, biz undan ma'lumotni kodlash, optik manipulyatsiya va chiral yorug'lik{3}}moddaning o'zaro ta'sirida qanday foydalanish mumkinligi bilan qiziqamiz. Bizning kengroq maqsadimiz qiziqarli strukturaviy yorug'lik effektini namoyish qilishdan uni amaliy dizayn printsipi sifatida ishlab chiqishga o'tishdir."
