Физики из Варшавского университета, Военно-технического университета Польши и Института Паскаля CNRS во Франции создали микроскопические световые вихри — «оптические торнадо» — внутри жидких кристаллов, которые могут служить стабильным источником энергии для лазерной генерации.
Как сообщается в журнале Science Advances, ученым впервые удалось получить закрученный свет, несущий орбитальный угловой момент, не в возбужденном, а в основном энергетическом состоянии, что минимизирует потери и упрощает создание фотонных устройств.
Вместо сложных наноструктур или громоздких установок исследователи использовали самоорганизующиеся свойства жидких кристаллов — материалов, сочетающих текучесть жидкости с упорядоченностью твердого тела. Внутри них сформировали дефекты, называемые торонами, которые напоминают замкнутые в кольцо спирали и действуют как микроскопические ловушки для фотонов. Чтобы заставить свет закручиваться, ученые создали синтетическое магнитное поле с помощью пространственно-переменного двулучепреломления, в результате чего фотоны начали двигаться по искривленным траекториям, подобно электронам в магнитном поле. Для усиления эффекта систему поместили в оптический микрорезонатор, что позволило удерживать свет дольше и управлять его свойствами внешним напряжением.
Главным достижением стало получение вихревого света в основном состоянии с наименьшей энергией, которое является наиболее стабильным и, как следствие, служит идеальной платформой для создания источника энергии в лазерных системах. Добавив в систему лазерный краситель, ученые подтвердили, что такой подход позволяет генерировать когерентное лазерное излучение с четкой энергией и направлением, что доказывает эффективность этого источника. По словам авторов работы, использование самоорганизующихся материалов вместо сложных нанотехнологий открывает путь к созданию более простых и масштабируемых фотонных устройств для оптической связи и квантовых технологий.
Читайте также: «Спутники смогут использовать атмосферу Земли в качестве топлива».