Det är inte varje dag som forskare kan producera en helt ny typ av ljus, men när de gör det kan konsekvenserna bli dramatiska. När vridna ljusstrålar som bär omloppsrörelsemängd avslöjades 1992, forskare insåg potentialen att öka dataöverföringshastigheterna jämfört med nuvarande metoder. Separat, under 2005, Nobelpriset i fysik delades ut för uppfinningen av den optiska frekvenskammen – en anordning som skapar ett spektrum av frekvenser med lika mellanrum av icke-vridet ljus. Sådana kammar har blivit grundläggande verktyg för metrologi och atomur.

Nu, tack vare forskning från Alan Willner, professor i el- och datateknik vid USC Viterbi och hans nyligen utexaminerade Ph.D. student Zhe Zhao, vi kan lägga till en ny struktur till denna lista. I en tidning publicerad i Naturkommunikation , paret visade hur en kombination av vridna ljus- och frekvenskammar kan ge en ännu mer ny struktur av ljus.

För en tid, Willners labb, Optical Communications Lab vid Ming Hsieh Department of Electrical Engineering, hade separat undersökt vridna ljusstrålar och frekvenskammar. Dessa två forskningsvägar var relativt skilda i hans labb tills Zhao insåg:Tänk om vi kombinerade olika optiska frekvenser och olika vridet ljus? Att kombinera dessa resulterade i något helt nytt.

På ett givet avstånd, ljuset kan dynamiskt rotera runt sitt centrum och kretsa kring en annan central axel. "Det är analogt med att jorden roterar runt sin axel och samtidigt kretsar runt solen, samtidigt uppleva två former av dynamisk rörelse. Denna nya struktur av ljus bär två former av orbital vinkelmoment, "Sade Willner. "Med olika ljusfrekvenser och olika vridna ljuslägen, kombinerat, kan producera nya dynamiska strukturer av ljus."

Teamets forskning kastar insikt om vår grundläggande förståelse för ljusgenerering och förökning. Denna innovation kan ha framtida tillämpningar inom områden som avkänning, bildbehandling, tillverkning, och metrologi – var som helst där du kanske vill att ljus ska ha en ny dynamisk rörelse.

"Enkelt uttryckt, genom denna teknik kan ljus skräddarsys på mer detaljerade och utsökta sätt än någonsin tidigare, " sa Zhao. Framsteg i hur ljus kan struktureras dynamiskt kan leda till stora genombrott inom en mängd olika områden. Dess skapelse öppnar dörren till en ny uppsättning verktyg.

Tills vidare, Willner, Zhao, och resten av forskargruppen är fokuserade på vilket annat unikt designat ljus de kan bygga från detta nya verktyg.