En optisk virvel identifieras som en fassingularitet omgiven av spiralformad vågfront, och tack vare dess unika egenskaper, inklusive buren orbital vinkelmoment (OAM) associerad med munkformade profiler, den har hittat spännande tillämpningar inom nanoskopi med stimulerad utsläppsutarmning (STED), optisk manipulation, både kvant och klassisk OAM-multiplexering optisk kommunikation, förbättrad optisk avbildning, och nyligen inom högintensiv virvelfysik, etc. Dock storleken på de munkformade mönstren som genereras av konventionella virvlar är starkt beroende av den topologiska laddningen.

Under 2013, Ostrvsky och medarbetare föreslog först begreppet perfekta optiska virvlar (POV), som formades till en impulsring vid Fourier-planet med dess radie som nästan oberoende av den topologiska laddningen. Samma år, denna "perfekta" virvelstråle demonstrerades för dynamisk infångning av mikropartiklar längs de ljusa ringarna, och det visades att dessa perfekta virvlar gav en möjlighet att överföra OAM till instängda partiklar längs de ljusa impulsringarna.

Ett år senare, denna nya typ av optiska virvlar föreslogs för OAM-multiplexering av optisk fiberkommunikation, vilket ger en möjlighet att koppla flera OAM -balkar till en viss ringformig fiber. Dock, impulsringarna för de POV som rapporterats tidigare är alla ljusa ringar, vilket också kan hindra deras applikationer i vissa scenarier.

Nyligen, en typ av generaliserade POV:er med kontrollerbar impulsringprofil baserad på Circular Dammann Gratings (CDG) föreslogs och demonstrerades av ett forskargrupp från Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Kinesiska vetenskapsakademien. Konceptet publicerades i Fotonikforskning .

Med utvecklingen av dess designteori, CDG hade hittat sina tillämpningar inom optisk mätning, optisk bildkodning, strukturerade ljuspumpande lasrar, och ringformig laserbelysning, etc. Dock impulsringarna som genereras av traditionella CDG har ingen orbital vinkelmoment.

Enligt forskargruppen, Fourierspektrumet för varje diffraktionsordning för en CDG inbäddad i en spiralfas var i huvudsak en viktsumma av två impulsringar, en inåt- och en annan utåtriktad impulsring.

Således, det är möjligt att styra impulsringprofilen för den ringformiga ringen inbäddad i spiralfas godtyckligt genom att ändra viktkoefficienten mellan de två impulsringarna.

I princip-proof-experimentet, en programmerbar rumslig ljusmodulator användes för att simulera fasen av CDG:er inbäddade i spiralfas, vars struktur var optimerad för att uppnå önskad viktkoefficient mellan de två impulsringarna.

Den visade att en typ av "absoluta" mörka POVs omgiven av två ljusa lobringar på varje sida presenterades, vilket gav en perfekt ringformig potential väl längs de mörka impulsringarna för att fånga stadigt låga indexpartiklar, celler, eller kvantgas, etc.

Vidare, flera POV:er med olika impulsringprofiler, inklusive konventionella POV:er med ljusa ringar, mörka POV som nämns ovan, och även POV:er med kontrollerbar impulsringprofil demonstrerades.

Detta arbete öppnar nya möjligheter att godtyckligt omforma impulsringprofilen för perfekta virvlar. Det bör vara av stort intresse för optisk manipulation, både kvant och klassisk optisk kommunikation, förbättrad optisk avbildning, och även nya strukturerade pumplasrar.