據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)10月18日?qǐng)?bào)道，英國布里斯托爾大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)展示了硅芯片“光學(xué)漩渦光束” 發(fā)射器集成陣列。相關(guān)研究報(bào)告將發(fā)布在最新一期《科學(xué)》雜志上。

      一般而言，生成“光學(xué)漩渦光束”需要透鏡和全息攝影等有關(guān)光學(xué)組件。這雖利于科研但對(duì)于其他應(yīng)用卻十分不便，尤其是在需要大量、高密度的該種光束時(shí)。而布里斯托爾大學(xué)發(fā)明的新發(fā)射器只有幾微米大，比傳統(tǒng)的元件尺寸要小數(shù)千倍。同時(shí)，它們還以硅光波導(dǎo)為基礎(chǔ)，因此可以利用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路制造技術(shù)制成。

      科研人員表示，他們制成的微型光學(xué)漩渦設(shè)備十分小巧、緊湊，因此硅芯片內(nèi)能容納數(shù)千個(gè)發(fā)射器，而制造成本也很低廉。這種集成設(shè)備和系統(tǒng)能夠開拓有關(guān)光學(xué)漩渦的全新應(yīng)用：其能輕易地互相連接，形成光子集成電路中復(fù)雜的大型陣列，并被用于通信、傳感和微粒操控等領(lǐng)域。

      與傳統(tǒng)的理念相左，這些光束并不會(huì)以直線傳播，相反，它們的能量會(huì)在中空的圓錐形波束形狀內(nèi)呈螺旋狀傳遞。因此這些光束看起來更像是旋風(fēng)或漩渦，向左或向右扭動(dòng)著。而理論上對(duì)它們的扭曲方式也沒有限制。在量子力學(xué)中，這一特征與光子的軌道角動(dòng)量相關(guān)。也就是說在這些光束中的光子可被認(rèn)為會(huì)環(huán)繞光束軸運(yùn)行，這與行星環(huán)繞恒星旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)類似。

      當(dāng)這些光與物質(zhì)相互作用時(shí)，其可以在物質(zhì)上保持一個(gè)扭矩力，因此它能被用作“光學(xué)扳手”，對(duì)微?；蛞旱芜M(jìn)行旋轉(zhuǎn)和囚禁。不同程度的扭曲也可用來傳輸信息，其能允許單個(gè)光學(xué)信號(hào)攜帶更多的信息，并增加光學(xué)通信線路的容量。

      頻率相同而軌道角動(dòng)量不同的光束能夠傳輸不同的信息流。單個(gè)光子能夠利用這些程度不一的扭曲來代表量子信息，其能同時(shí)呈現(xiàn)順時(shí)針和逆時(shí)針的扭曲效果。此外，利用這些光進(jìn)行成像和傳感的應(yīng)用也在研發(fā)之中。例如，在普通的光學(xué)顯微鏡下手性分子看起來幾乎一樣，而在“光學(xué)漩渦光束”的照射下，科學(xué)家能輕易發(fā)現(xiàn)不同程度或方向不同的扭曲。

      研究人員還談到，最令人興奮的應(yīng)用之一莫過于單光子水平的扭曲光控制，這使他們能夠探索和開發(fā)光學(xué)漩渦的量子力學(xué)性能，并為未來在量子通信和量子計(jì)算等方面的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。