Ljus kan skräddarsys, ungefär som tyg, vävning och sy ett mönster i själva ljusets tyg. Detta så kallade strukturerade ljus ger oss tillgång till, utnyttjar och utnyttjar alla ljusets frihetsgrader, för att se mindre i avbildning, fokusera tätare i mikroskopi och packa mer information i ljus för klassisk och kvantkommunikation. I deras studie publicerad i Opto-Electronic Advances , visar författarna upp de senaste framstegen när det gäller att ersätta den traditionella linjära optiska verktygslådan med olinjär kontroll.

Historiskt sett är olinjär optik förknippad med våglängdskontrollen, men här visar författarna att landskapet är mycket mer färgstarkt än bara ljusets färg, vilket påverkar alla frihetsgrader på ibland kontraintuitiva sätt. Den avancerade verktygslådan lovar nya applikationer från klassiskt till kvantum, vilket inleder ett nytt kapitel i strukturerat ljus.

Författarna till denna artikel granskar de senaste framstegen med att använda icke-linjär optik som ett nytt verktyg för att skapa, styra och detektera strukturerat ljus, vilket ger nya insikter och perspektiv på detta begynnande ämne. Strukturerat ljus försöker utnyttja ljusets många frihetsgrader, att påverka ljusets "struktur". Detta kan vara i amplitud, fas, polarisering eller till och med mer exotiska frihetsgrader som väg, rörelsemängd i omloppsbanan och till och med spatiotemporal kontroll. Hittills har detta mestadels uppnåtts med en linjär optisk verktygslåda, med olinjär optik som används för att ändra färgen på ljuset (dess våglängd och frekvens). Fokus har legat på ljuseffektivitet.

Idag ligger fokus på hur ljuset ser ut, med andra ord ljusets struktur. I den här artikeln visar författarna hur strukturerat ljus med olinjär optik kan överträffa den linjära verktygslådan, blanda frihetsgrader på ovanliga sätt, ändra urvalsregler och producera ibland kontraintuitiva resultat. Till exempel, för att diffraktera ljus i ett linjärt system krävs ett fysiskt föremål med viss obscuration, till exempel ett nålhål eller slitsar. Men i den icke-linjära regimen kan en struktur av ljus själv tyckas vara amplitudobjektet som diffrakterar ett annat, för ny fortplantningsdynamik för strukturerade fält.

Spännande nog kan nya former av strukturerat ljus produceras av produkten av fält i olinjär optik snarare än bara deras summa. Kvantkontroll av ljus kan få ett uppsving genom att ersätta den allestädes närvarande linjära stråldelaren med olinjära kristaller, som har visat sig förbättra bildåtergivningen och erbjuda en ny färdplan för högdimensionell teleportering. Intressant nog innebär interaktionen mellan ljus och materia i olinjär optik att avancerad strukturerad materia kan användas för att anpassa strukturerat ljus, till exempel användningen av avancerade konstgjorda material som metasytor och metamaterial, vilket erbjuder oöverträffad olinjär effektivitet.

Författarna packar upp fysiken för olinjär optik i sammanhanget av strukturerat ljus, den första rapporten som gör det, och erbjuder en holistisk introduktion till ämnet från grunder till tillämpningar. De ger nya insikter och perspektiv baserade på deras långa meritlista i strukturerat ljus, avslöjar hur detta nya fält snabbt accelererar, och föreslår vad framtiden kan komma att innebära när nuvarande utmaningar omvandlas till spännande tillämpningar. + Utforska vidare

Direkt generering av komplext strukturerat ljus