Группа ученых из Университета науки и технологий Китая под руководством доцента Ван Антинга предложила новый способ управления поляризацией и фазой лазерного луча с помощью всего одного геометрического фазового элемента. Им удалось создавать и контролировать сложные векторные вихревые пучки (ВВП) — лучи света с необычной поляризацией и спиральной фазой. Результаты исследования опубликованы в журнале Laser & Photonics Reviews.

С момента изобретения лазера ученые искали способы тонкой настройки его параметров. Особый интерес представляют ВВП — лучи, в которых поляризация и фаза меняются особым образом, создавая вихревые структуры. Такие лучи полезны в лазерной обработке материалов, но их генерация обычно требует дорогого оборудования и сложных систем.

Китайские исследователи упростили процесс. Они использовали q-пластину — оптический элемент, преобразующий спин и орбитальный момент света, — а затем добавили систему с регулируемой фазовой задержкой. Это позволило гибко управлять лучом без дорогих жидкокристаллических модуляторов. В результате получились ВВП с топологическими зарядами до 16 — рекордное значение.

Чтобы описать процесс, ученые применили сферу Пуанкаре — классический инструмент для анализа поляризации. Они также разработали гибридную сферу Пуанкаре, которая помогла связать параметры луча с его поляризационными свойствами. Дополнительно изучили, как меняется поляризация ВВП при распространении.

Что это дает

• Дешевые и компактные системы для генерации сложных лазерных пучков.
• Гибкость: можно быстро менять параметры луча без замены оптики.

Теперь такие лучи проще использовать в промышленности, например, для прецизионной резки материалов.

Этот метод упрощает создание сложных лазерных пучков, которые раньше требовали громоздких и дорогих установок. Теперь их можно генерировать с помощью компактной и дешевой системы. Это открывает двери для:

• Лазерной обработки — более точная гравировка и резка.
• Оптической связи — увеличение плотности передачи данных.
• Квантовых технологий — манипуляция отдельными фотонами.

Хотя метод упрощает систему, точность управления поляризацией может уступать классическим подходам с жидкокристаллическими модуляторами. Нужны испытания в реальных условиях.

Ранее ученые передали с помощью лазера 100 Тбайт данных за секунду.