На страницах нашего сайты мы не раз рассказывали нашим читателям о потенциале использования лучей «закрученного» света в области коммуникаций, в области измерений и манипулирования крошечными объектами. До последнего времени такой «закрученный» свет получали только при помощи сложных оптических устройств, построенных на основе управляемых поляризаторов или матриц специальных жидких кристаллов, из-за того, что сами источники света, лазеры, не могли обеспечить высокое значение орбитального углового момента (orbital angular momentum, OAM), которое и определяет степень «закрученности» света.
Не так давно группа исследователей из Гарвардского университета (США), организации CSIR (Южная Африка), при участии коллег из Сингапура, Бельгии и Италии, разработала и продемонстрировала работу первого в своем роде мета-лазера, который вырабатывает так называемый сверх-хиральный свет, свет с наибольшим на сегодняшний день значением углового момента. Свет такого лазера обеспечивает максимально высокий уровень взаимодействия материи с этим светом и его можно использовать в качестве оптического «гаечного ключа» или для кодирования больших объемов информации передаваемой по оптическим коммуникационным каналам.
Судя по наличию приставки «мета» в названии нового лазера, его ключевым компонентом является метаповерхность, которая оказывает влияние на свет и изменяет его параметры каждый раз, когда этот свет проходит через нее. Метаповерхность была рассчитана и изготовлена учеными из Гарварда, она представляет собой материал, поверхность которого покрыта множеством маленьких (нанометрового размера) столбиков, высота, ширина и расстояние между которыми были тщательным образом рассчитаны для получения необходимого эффекта. И когда свет проходит через такую поверхность, он каждый раз поворачивается на определенный угол.
Помимо того, что созданная метаповерхность сама по себе обладает высоким значением фазового градиента, она способна без каких-либо нарушений работы пропускать сквозь себя достаточно мощный поток света, что существенно раздвигает границы использования таких лазеров.
В результате всех описанных выше мер и уловок, новый лазер способен обеспечить производство света со 100 раз большим значением углового момента и в 10 раз большей мощностью, чем любые другие подобные лазеры, созданные до последнего времени. При этом, новый лазер предоставляет возможность полного контроля над угловым моментом (AM), вращением (поляризация) и орбитальным угловым моментом (OAM) выходящего из него луча света. И все что требуется для этого — лишь изменение нескольких параметров света, используемого для накачки лазера.
«Мы можем использовать такой «закрученный» свет для приведения в действие наномеханизмов в условиях, в которых не работают ни физические механические системы, ни электромеханические системы» — пишут исследователи, — «А крошечные размеры нашего лазера позволят интегрировать его в структуру небольших чипов, которые могут стать миниатюрной заменой гораздо более крупных устройств, называемых лабораториями-на-чипе. Искривленный лазерный свет может использоваться для перемещений и манипуляции крошечными объектами, такими, как живые клетки, при его помощи можно заставить двигаться потоки жидкости и устроить нечто вроде крошечной центрифуги».