物理学家发现由激光制成的烟圈

大多数基本物理教科书都用相当简单的术语描述激光：光束直接从一个点传播到另一个点，除非它撞击镜子或其他反射表面，否则将继续沿着箭头直线路径行进，由于波的性质。但这些基本规则在高强度激光下熄灭。
在适当的条件下，强大的激光束将作为自己的镜头，并“自我聚焦”成更紧凑，更强烈的光束。马里兰大学的物理学家发现，这些自聚焦激光脉冲还会产生强烈的光能漩涡，与烟环非常相似。在这些被称为“时空光学涡旋”的环形光结构中，光能流过环的内部，然后环绕外部环回。
涡流以激光脉冲的速度沿光速传播并控制其周围的能量流。新发现的光学结构在2016年9月9日出版的Physical Review X期刊中有所描述。
研究人员将激光烟雾环命名为“时空光学涡旋”或STOV 。在适当的条件下，光结构无处不在，并且可以使用任何强大的激光轻松创建。该团队强烈怀疑STOV可以解释几十年来在高强度激光研究领域的异常结果和无法解释的影响。
【物理学家发现由激光制成的烟圈】“激光已经研究了几十年，但事实证明，STOV一直都在我们的鼻子底下，” UMD 物理和电气和计算机工程教授，该研究论文的高级作者Howard Milchberg说道，他也预约了在UMD 电子与应用物理研究所(IREAP) 。“这是一个强大的，自发的功能，一直存在。这种现象在过去的30年里在我们的领域已经发生了很多。“
更常规的空间光学涡旋在先前的研究中是众所周知的 - 其中主要是“轨道角动量”(OAM)涡流，其中光能在光束传播方向周围循环，就像水从盥洗盆排空时水绕旋流一样旋转。由于这些涡流可以影响中心光束的形状，因此它们已被证明可用于高分辨率显微镜等高级应用。
“自20世纪90年代后期以来，人们一直在研究传统的光学涡旋，作为改进电信，显微镜和其他应用的一种方法。通过在灯光本身中创建小结构，这些漩涡可以让你控制被照亮和不被照亮的东西，“该论文的主要作者Nihal Jhajj说道，他是在IREAP进行研究的物理研究生。
“我们发现的烟圈漩涡可能比以前已知的光学涡旋具有更广泛的应用，因为它们具有时间动态，这意味着它们与光束一起移动而不是保持静止，”Jhajj补充道。“这意味着环可能有助于操纵在光速附近移动的粒子。”
Jhajj和Milchberg承认，需要做更多的工作来理解STOV，包括它们的物理和理论含义。但他们对发现STOV后基础激光研究中出现的新机遇特别兴奋。
“我们所看到的所有证据都表明STOV是普遍的，”Jhajj说。“现在我们知道要寻找什么了，我们认为观察通过介质传播的高强度激光脉冲而不是看到STOV就像看河流而不是看到漩涡和潮流一样。”
最终，STOV可能具有有用的实际应用程序，例如更传统的应用程序。例如，OAM涡流已被用于设计更强大的受激发射损耗(STED)显微镜。STED显微镜的分辨率远高于传统的共聚焦显微镜，部分原因在于光学涡旋提供的精确照明。
由于具有以中心光束以光速行进的潜力，STOV在技术应用中可能具有尚未预见的优势，包括可能扩展光纤通信线路的有效带宽。
“STOV不仅仅是激光束的旁观者，就像天使的光环一样，”Milchberg解释道，并指出STOV能够控制中心光束的形状和能量流。“它更像是一个带电的天使的光环，能量在光环和天使的头部之间来回射击。我们都很高兴看到这一发现将来会带给我们什么。“

物理学家发现由激光制成的烟圈

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