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