Исследователи из Мельбурнского университета предложили простой метод создания оптических вихрей — световых лучей со спиральной структурой, которые способны переносить больше информации, чем обычный свет.
Традииционно для генерации закрученных световых лучей требовались сложные и дорогие технологии. Австралийские ученые показали, что этого можно добиться с помощью недорогих сверхтонких материалов Ван-дер-Ваальса. Они состоят из слоев, соединенных силами Ван-дер-Ваальса: достаточно прочными для удержания структуры, но при этом легко перестраиваемыми.
«Закручивание» происходит, когда циркулярно поляризованный свет, в котором все фотоны вращаются в одном направлении, попадает в тонкие кристаллы. В нутри материала фотоны меняют направление вращения, и луч приобретает спиральную закрутку, превращаясь в оптический вихрь.
Закручивание света в материалах Ван-дер-Ваальса. Изображение: Jaegang Jo et al., Light: Science & Applications
Искривление происходит из-за свойства двойного лучепреломления материалов Ван-дер-Ваальса, которые замедляют свет по-разному в зависимости от направления его попадания. Исследователи сравнивают этот эффект с кривым зеркалом: части луча изгибаются по-разному, создавая искривленный световой луч в форме пончика.
Ученые продемонстрировали технологию на гексагональном нитриде бора (hBN) и дисульфиде молибдена (MoS₂). Даже ультратонкие образцы — всего 8 мкм для hBN и 320 нм для MoS₂ — генерировали вихри: почти половина света превращалась в закрученные лучи. Компьютерное моделирование показало, что эффективность можно повысить, изменяя форму луча до его прохождения через материал.
Схема экспериментальной установки и полученный эффект. Изображение: Jaegang Jo et al., Light: Science & Applications
Благодаря спиральной структуре оптические вихри дают дополнительное измерение для кодирования информации. Это открывает путь к созданию компактных и недорогих оптических устройств, которые можно будет использовать в интернете, спутниковой, защищенной и квантовой связи.
