Можете ли вы представить, что свет может самовоспроизводиться, создавая точные копии своих структур без использования линз или оптических систем? Недавнее исследование, проведенное учеными из Университета Тампере (Финляндия) и Лаборатории Кастлера-Бросселя (Франция), показало, что это возможно в цилиндрических системах, что открывает новые горизонты в управлении световыми структурами и перспективы для оптической связи.
Самовоспроизведение света в цилиндрических системах
В 1836 году Генри Ф. Тальбот обнаружил феномен, при котором световые узоры самовоспроизводятся после определенного расстояния распространения без использования линз — эффект Тальбота. Современные исследователи расширили это явление на цилиндрические системы.
Когда свет проходит через кольцевое оптическое волокно, он распространяется по всему цилиндрическому ядру и затем идеально восстанавливает исходное поле благодаря процессу самовоспроизведения.
"Когда свет входит в волокно под определенным углом, он сначала распространяется вокруг всего кольцевого ядра, а затем идеально восстанавливает исходное поле через процесс самовоспроизведения", — объясняет докторант Маттиас Эрикссон из Университета Тампере.
Связь между углом, угловым моментом и временем
Интересно, что самовоспроизведение происходит не только в угловом положении, но и в орбитальном угловом моменте света — свойстве, позволяющем свету вращать частицы вокруг оптической оси. Эти две характеристики считаются дополнительными: точное определение одной приводит к неопределенности другой. Впервые исследователи объединили самовоспроизведение в угле и орбитальном угловом моменте в одном эксперименте, что позволило достичь беспрецедентного контроля над пространственной структурой света.
Пространственно-временная дуальность и оптическая связь
Кроме того, ученые исследовали новую форму пространственно-временной дуальности, демонстрируя сильную связь между углом/угловым моментом и временем/частотой. Это означает, что физические явления, наблюдаемые в этих двух областях, тесно связаны, и методы обработки из одной могут быть использованы в другой.
"Это означает, что физические явления, наблюдаемые в этих двух областях, тесно связаны, и методы обработки из одной могут быть использованы в другой", — поясняет ведущий автор исследования Цзяньци Ху.
Применение в оптической связи
Понимание эффекта самовоспроизведения и связанных с ним возможностей модуляции открывает путь к новым приложениям в оптической связи. Исследователи продемонстрировали, что этот эффект можно настроить для кодирования, преобразования и декодирования информации в значениях орбитального углового момента света, позволяя им действовать как независимые каналы связи.
Это может привести к созданию систем связи с высокой пропускной способностью и без потерь, что существенно повлияет на будущее оптических телекоммуникаций.
Уточнения
Свет — электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.