光线螺旋方式传播?科学家发现“自扭矩” 或催生能操纵极微小材料的新型设备

当地时间6月28日,全球知名科技研究发布网站Phys.org报道了一项新发现:光线可以以螺旋方式传播。

隶属于西班牙和美国几家机构的一组研究人员宣布,他们已经发现了一种新的光线自扭矩特性。在发表在《科学》(Science)杂志上的论文中,该小组描述了他们如何碰巧发现这一光的新属性,及其可能的用途。

科学家们此前将类似的光线属性描述为为波长(wavelength)、自旋等。而这次,研究人员发现光也可以扭曲,这种属性叫做角动量。

据说具有高度结构化角动量的光束具有轨道角动量(OAM),并且被称为涡旋光束。它们看起来像一个围绕共同中心的螺旋线,当它们撞击一个平坦的表面时,它们看起来像圆环形。在这项新的努力中,研究人员正在使用OAM光束,因为他们发现这时光的行为方式是前所未有的,此前也从未被任何人预测过。

(讲解视频截图)

实验包括在氩气云上发射两个激光——这样做迫使光束重叠,并且它们连接起来并作为单个光束从氩云的另一侧发射。结果是一种涡旋光束。然后研究人员想知道如果激光器具有不同的轨道角动量并且它们稍微不同步会发生什么。这产生了一束看起来像开瓶器的光线,其扭曲逐渐变化。当光束撞到一个平坦的表面时,它看起来像一轮新月。

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研究人员指出,从另一个角度来看,光束前方的单个光子围绕其中心轨道运行的速度比光束背面的光子慢。研究人员很快将这一新属性命名为自扭矩——不仅是新发现的光属性,它也是一个从未被预测过的物质。

光束的新特性,光的自转矩,其与轨道角动量的时间变化相关联。通过高次谐波产生产生具有自转矩的极紫外超快脉冲。

研究人员建议,应该可以使用他们的技术来调制光的轨道角动量,其方式与通信设备中的调制频率非常相似。这可能会帮助开发出能够操纵极其微小材料的新型设备。