Физика

Для оптических вихрей впервые получили ковры Тальбота

Установка для демонстрации эффекта Тальбота оптических вихревых пучков

ФИЦ КНЦ СО РАН

Российские исследователи изучили дифракцию лазерных пучков в оптических вихрях и экспериментально показали, что эффект Тальбота может проявляться для оптических вихрей в видимом диапазоне спектра. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Оптические вихри сегодня активно применяются в телекоммуникации и оптических манипуляциях. Они представляют собой свет, чей волновой фронт выглядит как винтовая поверхность, ось которой совпадает с направлением распространения света. Когда оптический вихрь попадает на плоскую поверхность, он проявляется как световое кольцо с темным пятном в центре. Скорость «закручивания» света зависит от значения топологического заряда, а его знак определяет направление закручивания.

Российские ученые из Института физики им. Л.В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН и СФУ теоретически и экспериментально изучили дифракцию оптических вихрей на двумерной решетке. Им удалось впервые зафиксировать связанный с этим эффект Тальбота для видимого света с различными топологическими зарядами. Суть этого эффекта заключается в том, что при прохождении света через периодическую решетку происходят последовательные дифракция и интерференция световых волн. Из-за этого на некотором расстоянии от решетки формируются распределения интенсивности света, похожие на изображение решетки.

Зафиксировать эффект Тальбота исследователям удалось с помощью прозрачной кварцевой пластины, которая была покрыта непрозрачной серебряной пленкой. При этом в покрытии заранее были вырезаны отверстия. Так ученые получили дифракционную решетку, которая нужна для наблюдения эффекта Тальбота. Также исследователи впервые получили ковры Тальбота для видимого света с различными топологическими зарядами. Они выглядят как фрактальный узор, образуемый проецирующими изображениями. Ковры Тальбота говорят о том, что интенсивность дифрагированного света распределяется упорядоченно и симметрично в создаваемых им оптических решетках.

Reload
1 / 2

Примеры экспериментальных (верхний ряд) и расчетных (средний ряд) интенсивностей и направлений вращения (нижний ряд) лазерных оптических вихрей после прохождения через дифракционную решетку. Яркость на красно-черных диаграммах характеризует интенсивность света. Цвета на радужных диаграммах описывают направления вращения вихрей. Столбцы соответствуют разным плоскостям Тальбота

Фото: ФИЦ КНЦ СО РАН

Затем исследователи подробнее изучили распределение интенсивности света. У них получилось в рамках эксперимента воспроизвести элементарную ячейку трехмерной оптической решетки. Для этого авторы работы направляли вихревые лазерные пучки на дифракционную решетку. Когда пучки проходили через нее, они интерферировали друг с другом, образуя кольцеобразные структуры.

«Изучение вихревых лазерных пучков актуально для современной физики. Для нас было важно экспериментально обнаружить эффект Тальбота для вихревых пучков в видимом диапазоне спектра. Результаты наших расчетов хорошо согласуются с экспериментами и могут быть использованы для создания и оптимизации трехмерных решеток из лазерных пучков. Эффект Тальбота, например, может использоваться в фотолитографии для получения периодических субмикронных структур, размеры которых в несколько раз меньше размера структурных элементов исходной маски. Под действием импульса и орбитального углового момента света с помощью упорядоченных массивов оптических вихрей можно манипулировать микрообъектами в биологии, медицине и материаловедении. Наши результаты помогут глубже понять фундаментальные свойства материи и взаимодействие света с веществом», — прокомментировал результаты работы один из исследователей, заместитель директора по научной работе Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Андрей Вьюнышев.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.