Uusi tutkimus osoittaa, että ultranopeilla laserpulsseilla voidaan luoda savurengasmaisia pyörrerakenteita, jotka toisiinsa yhdistettyinä voivat kuljettaa ja välittää yksinkertaista kuvainformaatiota. Tämä löytö tuo uusia mahdollisuuksia optisen viestinnän ja tiedonsiirron alalle.
Aiemmin pyörteitä havaittiin yleensä vain vedessä ja ilmassa, mutta Howard Milchbergin johtama tutkimusryhmä Marylandin yliopistosta havaitsi, että samanlaisia pyörrerakenteita voidaan muodostaa myös valonsäteissä, jotka tunnetaan pyörrerenkaina. Tässä rakenteessa valohiukkaset (tai fotonit) kiertyvät ja pyörivät kuin ilmahiukkaset savurenkaassa.
Milchberg huomautti, että valopyörteiden luomiseen käytettävän tekniikan kasvavan suosion myötä tämän rakenteen sovellusmahdollisuudet ovat erittäin laajat. "Tämä ala kehittyy nopeasti ja näille rakenteille etsitään uusia käyttömahdollisuuksia optiikassa. Niistä tiedonsiirtokyky on erityisen huolestuttava."
Laserpyörrerenkaan toteuttamiseksi tutkimusryhmä antoi onnistuneesti laserpulssille donitsimaisen muodon ja savurenkaan pyörimisominaisuudet säätämällä tarkasti valon voimakkuutta ja vaihetta.
Valo on sähkömagneettinen aalto, jonka vaihe määrittää kunkin aallon osan sijainnin sen värähtelyn aikana. Koska nämä laserpulssit kestävät alle sekunnin miljoonasosan, halutut muodot ja piirteet voidaan luoda vain, jos niille annetaan tietty vaihearvo tietyllä hetkellä.
Kokeen aikana ryhmä käytti sarjaa linssejä, uurteisia kiteitä ja "tilavalomodulaattoria", joka oli samanlainen kuin pieni projektori laserpulssien tuottamiseksi. Kun pulssit kulkevat näiden laitteiden läpi ja saavuttavat ilmaisimen, ne ottavat pyörrerenkaiden sarjan muodon, joka tunnetaan nimellä "avaruus-aikapyörremerkkijono". Suurin tiimin rakentama pyörrerengas koostuu 28 erilaisesta pyörrerenkaasta.
Seuraavaksi tutkijat koodasivat logokuvansa pyörrerenkaan ominaisuuksien sarjaksi. Todisteeksi periaatteesta he siirsivät onnistuneesti 16 384 pikselin kuvan käyttämällä 16 pyörteen merkkijonoa. He kuitenkin ennakoivat, että mahdollisissa tulevissa kokeissa 28 pyörrerengasta sisältävä merkkijono olisi tehokkaampi tapa siirtää suuria määriä informaatiota lyhyessä ajassa.
Donitsimaisten pyörteiden luominen valolla vaatii suurta tarkkuutta ja huomiota yksityiskohtiin, sanoo Alan Willner Etelä-Kalifornian yliopistosta. Tutkimusryhmä on kuitenkin antanut joitain "reseptimäisiä" ohjeita, jotka auttavat luomaan lisää erilaisia pyörrerakenteita tulevaisuudessa.
Tällä hetkellä tutkimusryhmät ympäri maailmaa yrittävät suunnitella erilaisia mielenkiintoisia rakenteellisia valaisimia tutkiakseen niiden mahdollista sovellusarvoa. Tulevaisuudessa tutkijat tuovat lisää uusia läpimurtoja erilaisiin rakenteellisiin valoihin.
