Пространственные модуляторы для генерации и исследования оптических вихрей

Оптический вихрь – это область кругового движения в оптическом поле вокруг особой точки, где интенсивность достигает нуля из-за «скручивания» световых волн, напоминающего работу штопора. Особенностью такого поля является спиральная форма волнового фронта вокруг точки сингулярности, где фаза не определена. Характер движения световых волн обусловлен изменением фазы по мере распространения в пространстве. Из-за скручивания световые волны накладываются друг на друга вдоль центральной оси и гасятся, вследствие чего можно наблюдать определённое распределение фазы с тёмной областью в центре при проецировании на плоскость.

Оптические вихри характеризуются топологическим зарядом – целым числом, которое определяет количество завихрений в пределах одной длины волны. Заряд может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от направления, причем, чем больше заряд, тем быстрее происходит вращение вокруг оси оптического вихря. 

Вращение обуславливает наличие у светового поля орбитального углового момента. Если спиновый угловой момент генерирует свет круговой поляризации, то орбитальный угловой момент проявляется во вращательном движении захваченных полем частиц. Интерференция между оптическим вихрем и плоской волной определяет спиральные фазовые паттерны с числом спиральных рукавов, равным топологическому заряду.

Оптический вихрь можно создать в лабораторных условиях непосредственно внутри лазера или с преобразованием лазерного излучения. Применяются методы с использованием фазовой задержки, компьютерные голограммы, свойства двулучепреломления в материалах.

Наиболее распространённый подход к генерации оптического вихря построен на преобразовании лазерного излучения с помощью спиральных фазовых пластин – элементов, у которых оптическая толщина увеличивается в азимутальном направлении. 

Учебные наборы для изучения оптических вихрей

В каталоге представлены следующие учебные наборы для изучения оптических вихрей: SSP-SLM-VL-80R и SSP-SLM-VL-64R.

Основные возможности:

• Изучение фундаментальных принципов оптических вихрей и их характерных явлений.
• Экспериментальное подтверждение генерации оптических вихрей с использованием дислокаций решетки и спиральных фазовых пластин.
• Анализ влияния смещения центра оптического вихря относительно центра решетки на распределение интенсивности света.
• Анализ связи значения топологического заряда и диаметра оптического вихря.
• Изучение характеристик оптических вихрей с дробным топологическим зарядом.

Компоненты и особенности учебных наборов

Примеры экспериментов

Оптический вихрь, генерируемый с помощью дислокаций решетки

Оптический вихрь, генерируемый с помощью спиральной фазовой пластины

Модуляторы, используемые в учебных наборах

Пространственные модуляторы света (SLM) в учебных наборах –  это системы на основе ЖК-микродисплеев, которые позволяют пространственно модулировать свет по амплитуде или фазе. Оптическая функция или информация, которая должна отображаться, может быть взята напрямую из программного обеспечения или источника изображения и передана через компьютерный интерфейс. Устройства поставляются с программным обеспечением.

           

Применение пространственных модуляторов света SSP-SLM-80-60-HD и SSP-SLM-64-60-HD: Исследование оптических вихрей. Голография. Изображения сверхвысокого разрешения. Лазерная обработка. 3D печать. Оптическая связь в свободном пространстве. Вычислительная голография. Голографическое хранилище. Когерентная модуляция волнового фронта. Сдвиг фаз. Оптический пинцет. WSS разработка. Проекционная литография.

Технические характеристики и преимущества применяемых SLM: Разрешение 1920 х 1200 и 1920 х 1080. Частота кадров 60 Гц. Размер пикселя 8 мкм и 6,37 мкм. Диапазон длин волн 420 - 1550 нм и 420 - 700 нм. Амплитудная или фазовая модуляция. Большой угол дифракции. Широкий спектр возможностей ПО.

Дополнительное оборудование для работы с оптическими вихрями

Ознакомьтесь с разделами каталога, оборудование в которых может пригодиться при постановке эксперимента с оптическими вихрями.

1.  Непрерывные лазеры – источники излучения для формирования вихревых пучков.

Доступны различные типы лазеров, работающие на длинах волн от 200 нм до 4000 нм, охватывая диапазоны от УФ до ИК:

• Твердотельные лазеры с диодной накачкой (DPSS)
• Диодные (полупроводниковые) лазеры
• Волоконные одночастотные лазеры научного класса
• Лазеры с распределенной обратной связью (DFB)
• Одночастотные ИК полупроводниковые лазеры с внешним резонатором (FECL)
• Перестраиваемые Cateye лазеры
• Одночастотные волоконные DBR лазеры

2.  Пространственные модуляторы света на жидких кристаллах (LCOS) – фазовая модуляция света с высокой точностью.

Доступны модели со следующими параметрами:

• Различные вариации AR-покрытия: от 350 до 1700 нм;
• Доступны версии для работы с высокими мощностями: 200 Вт/см2;
• Разрешение: от 1920 х 1080 до 4160 х 2464 (4К!);
• Шаг пикселя: 3,74 - 8 мкм;
• Доступна версия, работающая на пропускание.

3.  Научные и промышленные КМОП камеры – детектирование и анализ оптических вихрей.

4.  Линзы и поляризационные светоделители – управление параметрами световых пучков.

5.  Оптические столы и оптомеханика – стабильное размещение оптической системы и точное выравнивание элементов.

6.  Учебные наборы по голографии с SLM-модуляторами – другие эксперименты с SLM модуляторами.

Применение решений на основе SLM для генерации и исследования оптических вихрей

Решения на основе SLM для генерации и исследования оптических вихрей имеют широкий спектр применения в различных областях, включая связь и визуализацию:

• Создание коронографов на основе оптических вихрей для наблюдения за планетами, которые обычно сложно обнаружить из-за яркости их родительских звёзд. Прибор позволяет осуществлять прямое наблюдение за планетами с низким коэффициентом контрастности по отношению к их родительским звёздам.
• Оптические пинцеты для манипулирования частицами с микрометровыми размерами, такими как клетки.
• Создание микродвигателей.
• Улучшение пропускной способности каналов связи в ходе мультиплексирования на основе орбитального углового момента.
• Квантовые вычисления и криптография. Оптические вихри с их теоретически бесконечным числом состояний в свободном пространстве могут обеспечить более быструю обработку данных.
• Преодоление дифракционного предела в микроскопии сверхвысокого разрешения.
• Изучение квантовых вихрей. 

Заключение

Таким образом, учебные наборы  SSP-SLM-VL-80R и SSP-SLM-VL-64R представляют собой эффективные инструменты для генерации и исследования оптических вихрей, обладающих уникальными свойствами, такими как орбитальный угловой момент и спиральная фазовая структура. Применение данного оборудования в учебном процессе и научных экспериментах способствует глубокому пониманию фундаментальных принципов сингулярной оптики и расширяет горизонты знаний в области оптических технологий.

Преимущества использования учебных наборов заключается в возможностях изучения различных методов генерации оптических вихрей, как с помощью дислокаций в кристаллической решетке, так и с применением спиральной фазовой пластины. Это открывает новые перспективы для исследований в области оптической связи, квантовых технологий и других современных направлений, где оптические вихри могут играть ключевую роль.

Учебные наборы и дополнительное оборудование для работы с оптическими вихрями доступны для заказа, позволяя студентам, преподавателям и исследователям легко интегрировать их в свою учебную и научную деятельность.

Готовые решения для образовательных и исследовательских лабораторий:

>> Учебные и образовательные наборы по фотонике.

Компания «Специальные Системы. Фотоника» является официальным дистрибьютором представленных решений и оказывает техническую поддержку на территории России и ЕАЭС.

Наши специалисты будут рады предоставить любую дополнительную информацию и подобрать оптимальное решение для ваших задачи. Для оформления заказа или получения консультации, пожалуйста, свяжитесь с нами.