Optik Express nyligen publicerad forskning som visar en laser som kan producera en ny typ av vektorstråle. Denna så kallade vektorstrålevågstråle med 5 frihetsgrader bryter paradigmet för den konventionella vektorvirvelstrålen, som öppnar vägen för att manipulera nya kvant-till-klassiska fenomen för kommunikation med hög kapacitet.

Vanligtvis, ljus som släpps ut från vanliga lasrar har en kontrollerbar grad av frihet som kan ges genom polarisering eller strålform. Genom att på lämpligt sätt manipulera en laser med införandet av specialiserade optiska komponenter, en utgång med 2 frihetsgrader, såsom vektorvirvelstrålar med kontrollerbar polarisering och orbital vinkelmoment (OAM). Termen "vektor" beskriver en strukturerad förändring av polarisationen över strålen och "virvel" beskriver vridningen av fasen i strålen (OAM), ungefär som en tornado. Att överskrida 2 frihetsgrader från en laser var inte möjligt. Genom att utnyttja strålvågsdualitet i en frekvensdegenerad laser, en vektorstråle med 5 frihetsgrader kan nu väljas.

Begreppet strålvågsdualitet inuti lasrar kan beskrivas som ett modvågmönster som är associerat med en periodisk strålebana. En standardlaser har ett modemönster som oscillerar mellan mitten av två speglar på en rak bana som är vinkelrät mot speglarna. Dock, vid en periodisk bana, läsmönstret oscillerar också mellan två speglar men följer en icke-vinkelrät väg, liknar ett sicksackmönster. Tidigare studier har bara rapporterat om en enda bana med en viss tvärgående storlek; dock, detta arbete demonstrerade valet av två banor med olika tvärgående storlekar och oscillerande faser, associerad med astigmatisk transformation. Denna exotiska produktion ger 4 frihetsgrader, nämligen, periodiskt antal (antal strålar), tvärgående index (antal utgångsstrålar), oscillerande fas, och astigmatisk examen. Detta resulterar i en vektorstrukturerad utmatning och i sin tur den femte graden av frihet. Med detta, utsignalen omvandlas till en vriden bana genom att omvandla det tvärgående indexet till ett som har orbitalt vinkelmoment med en extern astigmatisk modomvandlare.

Viktigt, denna strålvågstrukturerade utgång sägs vara icke-separerbar, besläktad med kvantmekanikens beskrivning av intrasslade tillstånd, i orienteringsvinkeln mellan de tvärgående indexen. "Vi tror att det har en stor nyhet, eftersom skapandet av sådana extrema frihetsgrader, vektoriellt ljus är mycket fördelaktigt för att beskriva och vidare utforska grundläggande fysiska fenomen som optiska snurr Hall-effekter för att utvidga nya applikationer i optisk pincett och kommunikation och för att manipulera nya kvantliknande klassiska tillstånd, "säger Dr Shen.

Den experimentella demonstrationen kommer från en annars "tom" laserhålighet, frånvaron av specialiserade optiska komponenter. Detta innebär en ytterligare fördel genom att lasern består av en enkel arkitektur, men matar ut en vektorstråle med 5 frihetsgrader, långt bortom ett stegvis framsteg. "Antalet strålar i den vridna utgången kan enkelt manipuleras genom noggrann kontroll av laserparametrarna, till exempel avståndet mellan speglarna och pumpens position, som ger en enkel, kompakt och elegant källlösning, "säger Dr Darryl Naidoo från CSIR.

"Sydafrika och Kina är redan partner under BRICS, med planer på att ett virtuellt fotonikcenter ska upprättas under detta program. Det nuvarande arbetet har belyst vad som är möjligt när du samlar team från de bästa instituten i Kina (Tsinghua U.) och Sydafrika (CSIR och U. Witwatersrand). Vi hoppas att sådana samarbetsinitiativ kan fortsätta in i framtiden, "säger professor Andrew Forbes från WITS University.

Laserkonceptet kommer sannolikt att locka intresse från både akademiska och industriella samhällen. Denna utmatning lovar att bekvämt utvidga applikationer i vektorstråleutrymmet och att ha sådana strålar på begäran från en laser kommer säkert att öppna nya applikationsområden.