Fonte: Sci-X
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Un gruppo di ricerca internazionale, guidato da scienziati dell'Università di Bristol e delle Università di Glasgow e Sun Yat-sen e Fudan in Cina, ha dimostrato array integrati di emettitori di cosiddetti 'fasci ottici a vortice', sopra un chip di silicio. Il lavoro è sulla copertina dell'ultimo numero della rivista Science, del 19 ottobre 2012.
Contraddicendo la concezione tradizionale, la luce in questi fasci non si propaga con raggi rettilinei. Invece, la sua energia viaggia secondo una spirale, in forma di fascio cavo conico. Pertanto, i fasci assomigliano molto a un vortice o un ciclone, con i suoi raggi di luce ‘avvitati’ o in sensi destrorso o sinistrorso. In teoria, non vi è limite al senso in cui la luce può essere ‘avvitata’.
Nella meccanica quantistica, questa caratteristica è associata al 'momento angolare orbitale' (OAM) di fotoni: i fotoni di questi raggi possono essere immaginati orbitare attorno all'asse del fascio, in modo simile al movimento dei pianeti attorno al Sole o degli elettroni intorno al nucleo.
Quando tale luce interagisce con la materia, essa mantiene una forza di rotazione (coppia) sulla materia; pertanto può essere usata come una cosiddetta ‘chiave ottica meccanica’, che può ruotare per intrappolare sia particelle microscopiche, sia goccioline. Un diverso grado di ‘avvitamento’ può anche essere usato per trasmettere informazioni, permettendo che più informazioni possano essere trasportate da un unico segnale ottico,incrementando così la capacità di collegamenti di comunicazione ottica.
Fasci di luce alla stessa frequenza, ma con valori differente momento angolare, possono essere utilizzati per trasmettere flussi differenti di dati. Singole particelle di luce (fotoni) possono utilizzare questi diversi gradi di ‘avvitamento’ per rappresentare informazioni quantistiche, in cui un singolo fotone può essere ruotato in senso orario e antiorario, contemporaneamente. Applicazioni con l’uso di tale luce, per scopi di sensorica o di imaging, sono in fase di sviluppo. Per esempio, alcune molecole sono chirali, ossia hanno lo stesso aspetto, se viste con normali microscopi ottici, fino a quando sono illuminate da fasci ottici a vortice, con differenti gradi di direzione o di ‘avvitamento’.
Convenzionalmente la generazione di tali fasci si basa su elementi ottici ‘massivi’, come lastrine, lenti e ologrammi. Questi sono adatti per la ricerca, ma possono essere inadatti per molte applicazioni, in particolare quando un gran numero di tali fasci sono necessari in condizioni di alta densità di ‘impaccamento’.
Al contrario, i nuovi emettitori nuovi inventati a Bristol hanno dimensione di solo pochi micrometri e sono migliaia di volte più piccoli degli elementi convenzionali. Essi si basano su guide d’onda ottiche, di silicio, e possono essere realizzati per mezzo delle tecnologie standard dei circuiti integrati.
Questi dispositivi sono facilmente collegabili uno all’altro, per formare matrici grandi e complesse in circuiti fotonici integrati e potrebbero essere usati per applicazioni comelecomunicazioni, la sensorica, e la manipolazione di particelle microscopiche. Afferma il dr. Mark Thompson, vice direttore del Centro per la Fotonica Quantistica all’Università di Bristol: "Forse una delle applicazioni più interessanti è il controllo della luce ‘avvitata’ a livello di singolo fotone, che ci permette di sfruttare le proprietà quantomeccaniche dei vortici ottici per applicazioni future nella comunicazione quantistica e nella computazione quantistica”.
Testo originario:
Image by Miss Yue Zhang
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