Красноярские ученые экспериментально продемонстрировали формирование трехмерных световых решеток из оптических вихрей. Трехмерные оптические вихревые решетки могут обеспечить новые возможности для взаимодействия света с веществом, в частности, с их помощью можно переносить и манипулировать множеством микрочастиц. Статья опубликована в журнале Annalen der Physik.
Одно из развивающихся направлений оптики и фотоники — получение и исследование структурированного света, сложных световых полей с уникальным сочетанием характеристик. Особый интерес представляют оптические вихри. Это лазерные пучки света с наличием особых точек — фазовых сингулярностей, в которых стадия колебания световой волны не определена, а интенсивность равна нулю. Волновой фронт оптических вихрей представляет собой винтовую поверхность, которая может отличаться степенью закрутки.
«Пучок света, падающий на двумерную маску, изготовленную в виде экрана с регулярно расположенными круглыми отверстиями, разделяется на множество пучков в соответствии с количеством отверстий. Затем эти пучки интерферируют друг с другом, как волны от нескольких упавших на водную поверхность камней, с образованием световой решетки в трех пространственных измерениях. Когда падающий пучок является оптическим вихрем, получившаяся решетка представляет собой набор переплетенных оптических вихрей», — объясняет соавтор исследования Денис Иконников, сотрудник лаборатории когерентной оптики Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН.
Кроме теоретического описания и экспериментального получения световых решеток из оптических вихрей ученые рассмотрели вопрос о том, как будут вести себя точки сингулярности, лежащие в основе каждого оптического вихря. Авторы обнаружили и наглядно продемонстрировали их зарождение, пространственную миграцию и аннигиляцию. Подход, предложенный учеными, позволяет формировать трехмерные оптические решетки, состоящие из оптических вихрей. Описанная в статье решетка имеет размерность 40×40×5 узлов, то есть состоит из более чем 8 тыс. узлов, в каждом из которых содержится вихрь.
Оптические вихри интересны с точки зрения реализации эффективных взаимодействий света с веществом. Они могут использоваться для захвата, удержания и перемещения различных микрообъектов, в том числе клеток и биомолекул. В присутствии оптического вихря захваченные частицы могут двигаться и взаимодействовать друг с другом. Поэтому метод может оказаться продуктивным для работы со множеством микрообъектов, например в оптических пинцетах.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
