Novo istraživanje pokazuje da ultrabrzi laserski impulsi mogu stvoriti vrtložne strukture poput prstena dima koje, kada su povezane jedna s drugom, mogu nositi i prenositi jednostavne informacije o slici. Ovo otkriće donosi nove mogućnosti u području optičkih komunikacija i prijenosa informacija.
U prošlosti su se vrtlozi obično opažali samo u vodi i zraku, ali istraživački tim predvođen Howardom Milchbergom sa Univerziteta Maryland otkrio je da se slične strukture vrtloga mogu formirati i u svjetlosnim snopovima, poznatim kao vorteksni prstenovi. U ovoj strukturi, svjetlosne čestice (ili fotoni) se uvijaju i vrte poput čestica zraka u dimnom prstenu.
Milchberg je istakao da su sa sve većom popularnošću tehnologije za stvaranje vrtloga u svjetlu, izgledi za primjenu ove strukture vrlo široki. "Ovo polje se brzo razvija i istražuju se nove upotrebe ovih struktura u optici. Među njima, kapacitet za nošenje informacija je aspekt od posebne zabrinutosti."
Za realizaciju laserskog vrtložnog prstena, istraživački tim je uspješno dao laserskom pulsu oblik krofne i rotirajuće karakteristike dimnog prstena preciznim podešavanjem intenziteta i faze svjetlosti.
Svetlost je elektromagnetski talas čija faza određuje položaj svakog dela talasa tokom njegovog oscilovanja. Budući da ovi laserski impulsi traju manje od milionitog dijela sekunde, željeni oblici i karakteristike mogu se stvoriti samo ako im se da određena vrijednost faze u određenom trenutku.
Tokom eksperimenta, tim je koristio niz sočiva, izbočenih kristala i "prostornog modulatora svjetlosti" sličan malom projektoru za isporuku laserskih impulsa. Kada impulsi prođu kroz ove uređaje i stignu do detektora, oni poprimaju oblik niza vrtložnih prstenova, poznatih kao "prostorno-vremenski vrtložni nizovi". Najveći vrtložni prsten koji je tim napravio sastoji se od 28 različitih vorteks prstenova.
Zatim su istraživači kodirali svoju sliku logotipa u niz svojstava vrtložnog prstena. Kao dokaz principa, uspješno su prenijeli sliku od 16.384 piksela koristeći niz od 16 vrtloga. Međutim, predviđaju da bi u mogućim budućim eksperimentima, struna koja sadrži 28 vrtložnih prstenova bila efikasnija metoda za prenošenje velike količine informacija u kratkom vremenu.
Stvaranje vrtloga nalik na krofne sa svjetlom zahtijeva visok stepen preciznosti i pažnje na detalje, kaže Alan Willner sa Univerziteta Južne Kalifornije. Međutim, istraživački tim je dao neke smjernice poput "recepta" koje će pomoći u stvaranju više različitih tipova vrtložnih struktura u budućnosti.
Trenutno, istraživačke grupe širom svijeta pokušavaju dizajnirati različite zanimljive strukturirane svjetiljke kako bi istražile njihovu potencijalnu primjenu. U budućnosti, naučnici će donijeti još novih otkrića u različitim strukturiranim svjetlima.
