Den optiska virveln spelar en allt viktigare roll vid behandling av optisk information. Som informationsbärare, det förbättrar kanalernas kapacitet och erbjuder en oberoende analysaspekt - annorlunda än polarisering, intensitet, fas, och väg. En ny grad av frihet för kodning och kryptering av optisk information kan tillhandahållas via olinjär optik, med hjälp av virvelstrålar som kallas azimutoner, som har en orbital vinkelmoment och nu kan få ett ömsesidigt omvandlingsmönster som kallas Rabi -oscillation.

En kvanteffekt uppkallad efter Nobelpriset i fysik 1944, Isidor Rabi, Rabi -oscillation betecknar en periodisk rörelse - ett slags flopp - mellan två olika energinivåer i närvaro av ett oscillerande drivfält. Effekten undersöks också i fotonik, där det oscillerande drivfältet kan efterliknas av en liten periodisk längsgående modulering av brytningsindexändringen av mediet. Tills nu, Rabi -svängningar har mest studerats i linjära system, men de mest intressanta fenomenen tenderar att dyka upp i det olinjära området.

Azimuthoner uppvisar stadig rotation vid förökning, men de är i allmänhet instabila, så de sönderfaller vanligtvis under förökningsprocessen. En lösning på det instabilitetsproblemet finns i olinearitet, som föreslagits av ett forskargrupp som leds av Yiqi Zhang från Xi'an Jiaotong University, som nyligen visade svagt olinjära vågledare som garanterar stabil utbredning av azimutoner. Deras rapport publiceras i Avancerad fotonik .

Olinjärt, multimodal vågledare:från rotation till oscillation

Teamet fastställde specifika krav för en svag olinearitet:(1) både de linjära och olinjära inducerade indexförändringarna är små jämfört med det omgivande brytningsindexet, och (2) den inducerade olinjära indexförändringen är mycket mindre än den linjära. Deras teoretiska undersökningar visade att djupet av den inducerade potentialen är nära relaterat till vågledarens tvärgående storlek. Detta indikerade att multimod optiska fibrer skulle kunna användas för att erhålla en djup potentiell energibrunn som också skulle möjliggöra grund modulering.

Med dessa element i åtanke, Zhang och kollegor utvecklade en svagt olinjär vågledare som uttryckligen är multimod. De kopplade olika lägen med olika modalfördelningar. Genom att införa ett π-fasskift och en amplitudmodulation till ett läge, och sedan överlagra den andra, de erhöll en azimutalt modulerad virvel. Tack vare närvaron av olinearitet och en svag longitudinell periodisk modulering av potentialen, den azimutalt modulerade virveln roterar med en fast vinkelhastighet under förökning och uppvisar Rabi -oscillation (floppning) mellan de två lägena.

Författarna noterade att den rymdliga symmetrin hos den förökande strålen kommer att förändras periodiskt i processen. Enligt kopplad-mode teori, Rabi -oscillationer påverkas huvudsakligen av den längsgående moduleringsstyrkan och den rumsliga symmetrin hos de överlagrade azimutonerna. Utan längsgående modulering, azimutonen roterar med en konstant hastighet och dess profil bevaras. Men, med liten längsgående modulering, ömsesidig omvandling av olika azimutoner kan observeras under förökning:Rabi -oscillationerna.

Seniorförfattare Yiqi Zhang, docent vid School of Electronic Science and Engineering vid Xi'an Jiaotong University, anmärkningar, "Eftersom vår modell stöder azimutoner av högre ordning med högre topologiska laddningar, det finns många val att välja den orbitala vinkelmomentet som bärs av ljusstrålarna. Dock, Rabi -oscillationen kan bara ske mellan azimuthoner med vissa profiler. Vi har nu några idéer för hur vi kan övervinna den begränsningen, så vi fortsätter våra undersökningar. "

Varianter av virvlar

Utöver sitt löfte om att förbättra optisk informationsbehandling, demonstrationen av Rabi -oscillationer av azimutoner bidrar till en bättre förståelse av virvlornas rotationsdynamik och olinjäritetens inneboende roll för att reglera denna dynamik. Intrigerad av rumsfältmanipulation i olinjära optiska system, författarna noterar att deras resultat är viktiga för potentiella framsteg inom fotonik, till exempel i spiralformade vågledare eller topologiska isolatorer. Mer allmänt, deras insikter kan bidra till förbättrad förståelse av sådana vardagsfenomen som cykloner eller tornados, eller virvlar som bildas i kölvattnet av ett flygplan.