Красноярские ученые экспериментально продемонстрировали формирование трехмерных световых решеток из оптических вихрей
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. Результаты исследования опубликованы в журнале Annalen der Physik.
Денис Иконников
Одним из интенсивно развивающихся направлений оптики и фотоники является получение и исследование структурированного света, под которым понимают сложные световые поля с уникальным сочетанием спектральных, временных, пространственных и поляризационных характеристик. Особый интерес исследователей привлекают оптические вихри, 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», — пояснил принцип создания световой решетки кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории когерентной оптики Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Денис Иконников.
В своей работе 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. Было обнаружено и наглядно продемонстрировано их зарождение, пространственная миграция и аннигиляция.
Андрей Вьюнышев
«Оптические вихри представляют интерес с точки зрения реализации эффективных взаимодействий света с веществом. Они могут использоваться для захвата, удержания и перемещения микрообъектов различного происхождения, в том числе биологического, например, клеток и биомолекул. Развиваемый нашей группой подход позволяет формировать трехмерные оптические решетки, состоящие из оптических вихрей. В работе мы получили оптические решетки с размерностью 40×40×5 узлов. То есть решетка состоит из более чем 8000 узлов, в каждом из которых содержится оптический вихрь. В присутствии оптического вихря захваченные частицы могут приводиться в движение и взаимодействовать друг с другом. Данный подход может оказаться продуктивным при работе со множеством микрообъектов, например, в устройствах оптических пинцетов следующего поколения», — рассказал о результатах работы кандидат физико-математических наук, заместитель директора по научной работе Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Андрей Вьюнышев.
Редколлегия авторитетного журнала Annalen der Physik, в котором опубликована работа, выбрала визуализацию трехмерной световой решетки из работы авторов в качестве иллюстрации на обложку последнего выпуска журнала.
Работа была поддержана Российским научным фондом (проект № 19-12-00203).
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром
«Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Источник: scientificrussia.ru
