به گزارش آناتک، پرتو‌های نوری می‌توانند به شکل مارپیچ ظاهر و به عنوان «گرداب‌های نوری» (Optical Vortices) شناخته و امروزه در طیف گسترده‌ای از کاربرد‌ها استفاده شوند. فیزیکدانان کاربردی در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی جان‌ای. پالسون دانشگاه هاروارد (SEAS) با گسترش مرز‌های نور ساختاریافته، نوع جدیدی از پرتو‌های گردابی نوری را گزارش داده‌اند. این پرتو نه تنها در حال حرکت می‌چرخد، بلکه در مناطق مختلف با سرعت‌های متفاوتی تغییر و الگو‌های منحصر به فردی ایجاد می‌کند رفتار آن شبیه به اشکال مارپیچی است که اغلب در طبیعت دیده می‌شود.
گرداب‌های نوری با قابلیت‌های انقلابی
با الهام از مکانیک کلاسیک، محققان این گرداب نوری را که قبلاً نشان داده نشده بود «چرخش نوری» (Optical Rotatum) نامگذاری کردند تا نحوه تغییر گشتاور روی شکل مارپیچی نور را توصیف کنند و در فیزیک نیوتنی، (Rotatum) به معنای سرعت تغییر گشتاور یک جسم در طول زمان است.
گشتاور (Torque) یکی از مفاهیم بنیادی در فیزیک و مهندسی است که به طور کلی بیانگر قدرت چرخشی یا تاثیر چرخاننده یک نیرو بر روی یک جسم است.
این چرخش نوری در آزمایشگاه فدریکو کاپاسو، استاد تمام رشته فیزیک کاربردی رابرت ال. والاس و استاد پژوهشی ارشد وینتون هیز در مهندسی برق دانشکده (SEAS) ایجاد شد و کاپاسو در این خصوص گفت: «این رفتار جدیدی از نور است که شامل یک گرداب نوری می‌شود که در فضا منتشر و به شیوه‌های غیرمعمولی تغییر می‌کند. این امر می‌تواند برای دستکاری مواد کوچک مفید باشد.»
از فیبوناچی تا نور
به گزارش scitechdaily، محققان دریافتند که پرتو نوری حامل تکانه، زاویه‌ای مداری آنها به شکل الگویی ریاضی رشد می‌کند که در سراسر جهان طبیعی شناخته شده است، این چرخش نوری در قالب یک مارپیچ لگاریتمی منتشر می‌شود که در صدف ناتیلوس، دانه‌های آفتابگردان و شاخه‌های درختان دیده می‌شود. لازم به ذکر است این الگو شبیه دنباله اعداد فیبوناچی است که در کتاب (کد داوینچی) شهرت یافت.
تکانه (Momentum) یکی از مفاهیم بنیادی در فیزیک است که بیانگر میزان حرکت یک جسم است. به عبارت دیگر، تکانه نشان می‌دهد که یک جسم با چه "سرعتی" و "جرمی" در حال حرکت است. تکانه به عنوان یک کمیت برداری تعریف می‌شود، یعنی اندازه و جهت دارد.
احمد دوراه، نویسنده اصلی این تحقیق و پژوهشگر سابق در آزمایشگاه کاپاسو که اکنون استادیار دانشگاه صنعتی آیندهوون است، با اشاره به طرح چرخش نوری گفت: «این یکی از نکات برجسته غیرمنتظره این تحقیق بود و امیدواریم بتوانیم متخصصان حوزه ریاضیات کاربردی را الهام بخشیم تا این الگو‌های نوری را بیشتر مطالعه کنند و بینش‌های منحصر به فردی درباره امضای جهانی آنها به دست آورند.»
کنترل بیشتر از طریق متاسطوح
تحقیق در خصوص ساختار چرخش پرتو‌های نوری بر پایه کار‌های قبلی انجام شده است که در آن تیم از یک متاسطح (Metasurface)، یعنی لنزی نازک که با ساختار‌های نانومتری خمش‌دهنده نور حکاکی شده است، برای ایجاد پرتو نوری با قطبش و تکانه زاویه‌ای مداری کنترل‌شده در طول مسیر انتشار استفاده کردند، آنها هر ورودی نوری را به ساختار‌های دیگری تبدیل کردند که هنگام حرکت تغییر می‌کنند و اکنون، آنها درجه آزادی دیگری به نور خود افزوده‌اند که می‌توانند گشتاور فضایی آن را نیز هنگام انتشار تغییر دهند.
آلفونسو پالمیری، دانشجوی دکتری در آزمایشگاه کاپاسو و هم‌نویس این تحقیق،گفت: «ما نشان می‌دهیم که میزان کنترل حتی بیشتر است و می‌توانیم آن را به‌صورت مداوم انجام دهیم.»
از دستکاری ذرات کوچک تا ابزار‌های نوری دقیق
کاربرد‌های احتمالی برای این نوع از پرتو‌های غیرمعمول نوری شامل کنترل ذرات بسیار کوچک، مانند کلوئید‌ها در حالت معلق، با معرفی نوع جدیدی از نیرو در ارتباط با گشتاور غیرمعمول نور است؛ این فناوری همچنین می‌تواند به ابزار دقیقی برای دستکاری نوری در مقیاس میکروسکوپی تبدیل شود، در حالی که دیگران گشتاور تغییرکننده نور را با استفاده از لیزر با شدت بالا و دستگاه‌های حجیم نشان داده‌اند، تیم هاروارد این چرخش نوری را با استفاده از یک نمایشگر کریستال مایع و پرتوی با شدت کم ایجاد کرد، با اینکه می‌توانند چرخش نوری را در دستگاهی سازگار با صنعت و یکپارچه ایجاد کرد، موانع ورود این فناوری به دنیای واقعی بسیار کمتر از نمونه‌های قبلی است.
انتهای پیام/