Nieuw onderzoek toont aan dat ultrasnelle laserpulsen rookringachtige wervelende structuren kunnen creëren die, wanneer ze met elkaar verbonden zijn, eenvoudige beeldinformatie kunnen dragen en verzenden. Deze ontdekking brengt nieuwe mogelijkheden op het gebied van optische communicatie en informatieoverdracht.
In het verleden werden wervels meestal alleen in water en lucht waargenomen, maar een onderzoeksteam onder leiding van Howard Milchberg van de Universiteit van Maryland ontdekte dat soortgelijke vortexstructuren ook kunnen worden gevormd in lichtstralen, bekend als vortexringen. In deze structuur draaien en draaien lichte deeltjes (of fotonen) als luchtdeeltjes in een rookring.
Milchberg wees erop dat met de toenemende populariteit van technologie voor het creëren van wervels in licht, de toepassingsmogelijkheden van deze structuur zeer breed zijn. "Dit veld ontwikkelt zich snel en er worden nieuwe toepassingen voor deze structuren in de optica onderzocht. Onder hen is het informatiedragend vermogen een aspect van bijzonder belang."
Om de laservortexring te realiseren, heeft het onderzoeksteam met succes de laserpuls een donutachtige vorm en de roterende eigenschappen van een rookring gegeven door de intensiteit en fase van het licht nauwkeurig aan te passen.
Licht is een elektromagnetische golf waarvan de fase de positie van elk deel van de golf tijdens zijn oscillatie bepaalt. Omdat deze laserpulsen minder dan een miljoenste van een seconde duren, kunnen de gewenste vormen en kenmerken alleen worden gecreëerd als ze op een specifiek tijdstip een specifieke fasewaarde krijgen.
Tijdens het experiment gebruikte het team een reeks lenzen, geribbelde kristallen en een 'ruimtelijke lichtmodulator', vergelijkbaar met een kleine projector, om laserpulsen af te geven. Wanneer pulsen door deze apparaten gaan en de detector bereiken, nemen ze de vorm aan van een reeks vortexringen, bekend als 'ruimtetijdvortexreeksen'. De grootste vortexring die het team heeft gebouwd bestaat uit 28 verschillende vortexringen.
Vervolgens codeerden de onderzoekers hun logo-afbeelding in een reeks vortexringeigenschappen. Als proof-of-principle hebben ze met succes een beeld van 16.384 pixels verzonden met behulp van een reeks van 16 wervels. Ze verwachten echter dat in mogelijke toekomstige experimenten een reeks met 28 vortexringen een efficiëntere methode zou zijn om grote hoeveelheden informatie in korte tijd te verzenden.
Het creëren van donutachtige wervelingen met licht vereist een hoge mate van precisie en aandacht voor detail, zegt Alan Willner van de University of Southern California. Het onderzoeksteam heeft echter een aantal ‘recept’-achtige richtlijnen gegeven die zullen helpen om in de toekomst meer verschillende soorten vortexstructuren te creëren.
Momenteel proberen onderzoeksgroepen over de hele wereld verschillende interessante gestructureerde lampen te ontwerpen om hun potentiële toepassingswaarde te onderzoeken. In de toekomst zullen wetenschappers meer nieuwe doorbraken in verschillende gestructureerde lichten brengen.
