Optik girdaplar adı verilen tirbuşon benzeri şekillere yönlendirilebilen ışık ışınları bugün bir dizi uygulamada kullanılmaktadır. Yapılandırılmış ışığın sınırlarını zorlayan Harvard, John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’nda (Denizler) (Denizler), benzersiz kalıplar oluşturmak için farklı oranlarda farklı kısımlarda değişen yeni bir optik girdap ışını bildiriyor. Işık davranış şekli doğada yaygın olan spiral şekillere benzemektedir.
Araştırmacılar, ışığın tirbuşon şekil üzerindeki torkun yavaş yavaş nasıl değiştiğini açıklamak için, daha önce hiç yok edilmemiş ışık girdaplarını bir “optik rotatum” olarak adlandırmaya klasik mekanikten ödünç aldılar. Newton fiziğinde “rotatum” zamanla bir nesnede torktaki değişim oranıdır.
Optik rotatum, Federico Capasso, Robert L. Wallace Uygulamalı Fizik Profesörü ve Seass Elektrik Mühendisliği’nde Vinton Hayes Kıdemli Araştırma Üyesi Laboratuarında oluşturuldu. Capasso, “Bu, uzayda yayılan ve olağandışı yollarla değişen optik bir girdaptan oluşan yeni bir ışık davranışıdır.” Dedi. “Küçük maddeyi manipüle etmek için potansiyel olarak yararlıdır.” Araştırma şurada yayınlandı Bilim ilerlemeleri.
Tuhaf bir bükülmede, araştırmacılar yörünge açısal momentum taşıyan ışık demetlerinin, doğal dünyada bulunan matematiksel olarak tanınan bir modelde büyüdüğünü buldular. Fibonacci sayı sekansını (Da Vinci kodunda ünlüdür) yansıtan optik rotatum, bir nautilus kabuğunda, bir ayçiçeğinin tohumlarında ve ağaçların dallarında görülen logaritmik bir spiralde yayılır.
“Bu, bu araştırmanın beklenmedik olaylarından biriydi,” dedi Capasso’nun laboratuvarında eski bir araştırma görevlisi olan ilk yazar Ahmed Dorrah, şimdi Eindhoven Teknoloji Üniversitesi’nde yardımcı doçent. “Umarım bu hafif kalıpları daha fazla incelemek ve evrensel imzaları hakkında benzersiz bilgiler kazanmak için uygulamalı matematik uzmanlığı olan diğerlerine ilham verebiliriz.”
Araştırma, ekibin bir metasurface, ışık bükme nanoyapıları ile kazınmış ince bir lens kullandığı, çoğaltma yolu boyunca kontrollü polarizasyon ve yörünge açısal momentumu ile bir ışık ışını oluşturmak, hareket ettikçe değişen diğer yapılara dönüştürmek için daha önceki çalışmalara dayanmaktadır. Şimdi, ışıklarına başka bir özgürlük derecesi getirdiler, burada yayılırken mekansal torkunu da değiştirebilecekler.
Capasso’nun laboratuvarında lisansüstü öğrencisi ve bu araştırmanın ortak yazarı Alfonso Palmieri, “Kontrolün daha da çok yönlülüğü gösteriyoruz ve bunu sürekli yapabiliriz.” Dedi.
Böyle egzotik bir ışık demeti için potansiyel kullanım durumları, ışığın olağandışı torkuna uygun olarak yeni bir kuvvet türü ekleyerek süspansiyondaki kolloidler gibi çok küçük parçacıkların kontrolünü içerir. Ayrıca, küçük şeylerin mikro-manipülasyonu için hassas bir optik cımbız sağlayabilir.
Diğerleri yüksek yoğunluklu lazerler ve hacimli kurulumlar kullanarak tork değiştiren ışık gösterirken, Harvard ekibi tek bir sıvı kristal ekran ve düşük yoğunluklu bir ışın ile kendi başına yaptı. Endüstri uyumlu, entegre bir cihazda bir rotatum oluşturabileceklerini göstererek, teknolojilerinin gerçeğe dönüşmesi için giriş önündeki engel önceki gösterilerden çok daha düşüktür.
