Трёхмерная оптическая вихревая решетка
Предисловие редакции. Красноярские физики экспериментально продемонстрировали формирование трёхмерных световых решеток из оптических вихрей. Оптический вихрь иногда называют лазерным пинцетом. В таком случае предлагаемую красноярцами решётку из оптических вихрей можно назвать своего рода оптическим штампом, способным переносить не просто микрообъекты, а их упорядоченные блоки. Мы публикуем здесь краткую информацию о перспективном исследовании. Результаты исследования опубликованы в журнале Annalender Physik.
        Одним из интенсивно развивающихся направлений оптики и фотоники является получение и исследование структурированного света, под которым понимают сложные световые поля с уникальным сочетанием спектральных, временных, пространственных и поляризационных характеристик. Особый интерес исследователей привлекают оптические вихри, лазерные пучки света с наличием особых точек – фазовых сингулярностей, в которых стадия колебания световой волны не определена, а интенсивность равна нулю. Волновой фронт оптических вихрей представляет собой винтовую поверхность, которая может отличаться степенью закрутки.
         Выше показана диаграмма разных режимов, четыре из которых – оптические вихри. Колонки показывают спиральные структуры, фазовый фронт и интенсивность лучей. Исследование этих феноменов известно как сингулярная оптика. Красноярские физики экспериментально продемонстрировали формирование трёхмерных световых решеток из оптических вихрей. Трёхмерные оптические вихревые решётки могут обеспечить новые возможности взаимодействия света с веществом, в частности, с их помощью можно переносить и манипулировать множеством микрочастиц. В своей работе, кроме теоретического описания и экспериментального получения световых решеток из оптических вихрей, красноярцы рассмотрели вопрос о том, как будут вести себя точки сингулярности, лежащие в основе каждого оптического вихря. Было обнаружено и наглядно продемонстрировано их зарождение, пространственная миграция и аннигиляция.
        «Оптические вихри представляют интерес с точки зрения реализации эффективных взаимодействий света с веществом. Они могут использоваться для захвата, удержания и перемещения микрообъектов различного происхождения, в том числе биологического, например, клеток и биомолекул. Развиваемый нашей группой подход позволяет формировать трёхмерные оптические решётки, состоящие из оптических вихрей. В работе мы получили оптические решетки с размерностью 40х40х5 узлов. То есть решетка состоит из более чем 8000 узлов, в каждом из которых содержится оптический вихрь. В присутствии оптического вихря, захваченные частицы могут приводиться в движение и взаимодействовать друг с другом. Данный подход может оказаться продуктивным при работе со множеством микрообъектов, например, в устройствах оптических пинцетов следующего поколения», – рассказал о результатах работы кф-мн, замдиректора по НИР Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН А.М. Вьюнышев.
        «Пучок света, падающий на двумерную маску, изготовленную в виде экрана с регулярно расположенными круглыми отверстиями, разделяется на множество пучков в соответствии с количеством отверстий. Затем эти пучки интерферируют друг с другом, как волны от нескольких упавших на водную поверхность камней, с образованием световой решётки в трёх пространственных измерениях. Когда падающий пучок является оптическим вихрем, получившаяся решётка представляет собой набор переплетённых оптических вихрей», – пояснил принцип создания световой решётки кф-мн, научный сотрудник лаборатории когерентной оптики Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Д.А. Иконников.
Литература, близкая по теме:
    1. Гринь Л.Е., Короленко П.В., Федотов Н.Н. О генерации лазерных пучков с винтовой структурой волнового фронта // Оптика и спектроскопия. 1992. Т. 73, No 5.С. 1007–1010.
    2. Зельдович Б.Я., Пилипецкий Н.Ф., Шкунов В.В. Обращение волнового фронта. М.: Наука, 1985. 248 с.
    3. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения. М.: Наука, 1979. 328 с. 
В оглавление