Физика

Для оптических вихрей впервые получили ковры Тальбота

Установка для демонстрации эффекта Тальбота оптических вихревых пучков

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.

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.