Az új kutatások azt mutatják, hogy az ultragyors lézerimpulzusok füstgyűrűszerű örvénylő szerkezeteket hozhatnak létre, amelyek egymással összekapcsolva egyszerű képi információkat hordozhatnak és továbbíthatnak. Ez a felfedezés új lehetőségeket hoz az optikai kommunikáció és információátvitel területén.
Korábban általában csak vízben és levegőben figyeltek meg örvényeket, ám a Howard Milchberg vezette kutatócsoport a Marylandi Egyetemen arra a következtetésre jutott, hogy hasonló örvényszerkezetek fénynyalábokban, úgynevezett örvénygyűrűkben is kialakulhatnak. Ebben a szerkezetben a fényrészecskék (vagy fotonok) úgy csavarodnak és forognak, mint a levegő részecskéi a füstgyűrűben.
Milchberg rámutatott, hogy a fényben örvénylések létrehozására szolgáló technológia növekvő népszerűsége miatt ennek a szerkezetnek az alkalmazási lehetőségei nagyon szélesek. "Ez a terület gyorsan fejlődik, és ezeknek a struktúráknak az optikában új felhasználási lehetőségeit kutatják. Közülük az információhordozó képesség különösen aggályos."
A lézerörvénygyűrű megvalósításához a kutatócsoport a fény intenzitásának és fázisának precíz beállításával a lézerimpulzusnak fánkszerű formát és egy füstgyűrű forgási jellemzőit adta meg.
A fény egy elektromágneses hullám, amelynek fázisa meghatározza a hullám egyes részeinek helyzetét rezgése során. Mivel ezek a lézerimpulzusok egy milliomod másodpercnél rövidebb ideig tartanak, a kívánt formák és jellemzők csak akkor hozhatók létre, ha adott időpontban adott fázisértéket adnak.
A kísérlet során a csapat lencséket, bordázott kristályokat és egy kis projektorhoz hasonló "térbeli fénymodulátort" használt a lézerimpulzusok továbbítására. Amikor az impulzusok áthaladnak ezeken az eszközökön, és elérik a detektort, örvénygyűrűk formáját veszik fel, amelyeket "téridő örvényfüzéreknek" neveznek. A csapat által épített legnagyobb örvénygyűrű 28 különböző örvénygyűrűből áll.
Ezután a kutatók logójuk képét az örvénygyűrű tulajdonságainak sorozatába kódolták. Az elv bizonyítékaként sikeresen továbbítottak egy 16 384 pixeles képet egy 16 örvényből álló húr segítségével. Arra számítanak azonban, hogy a lehetséges jövőbeni kísérletekben egy 28 örvénygyűrűt tartalmazó húr hatékonyabb módszer lenne nagy mennyiségű információ rövid időn belüli továbbítására.
A fánkszerű örvények fénnyel történő létrehozásához nagyfokú precizitásra és a részletekre való odafigyelésre van szükség – mondja Alan Willner, a Dél-Kaliforniai Egyetem munkatársa. A kutatócsoport azonban adott néhány "recept"-szerű iránymutatást, amelyek segítenek a jövőben több különböző típusú örvényszerkezet létrehozásában.
Jelenleg a kutatócsoportok világszerte különféle érdekes szerkezetű lámpákat próbálnak megtervezni, hogy feltárják azok lehetséges alkalmazási értékét. A jövőben a tudósok több új áttörést fognak hozni a különböző strukturált fények terén.
