새로운 연구에 따르면 초고속 레이저 펄스는 서로 연결될 때 간단한 이미지 정보를 전달하고 전송할 수 있는 연기 고리와 같은 소용돌이 구조를 생성할 수 있습니다. 이 발견은 광통신 및 정보 전송 분야에 새로운 가능성을 제시합니다.
과거에는 소용돌이가 주로 물과 공기에서만 관찰되었으나 메릴랜드 대학교 하워드 밀치버그(Howard Milchberg) 연구팀은 유사한 소용돌이 구조가 광선에서도 형성될 수 있다는 사실을 발견했다. 이 구조에서는 가벼운 입자(또는 광자)가 연기 고리의 공기 입자처럼 비틀리고 회전합니다.
Milchberg는 빛에서 소용돌이를 생성하는 기술의 인기가 높아짐에 따라 이 구조의 응용 전망이 매우 광범위하다고 지적했습니다. "이 분야는 빠르게 발전하고 있으며 광학에서 이러한 구조의 새로운 용도가 탐구되고 있습니다. 그중에서도 정보 전달 능력이 특히 우려되는 측면입니다."
연구팀은 레이저 소용돌이 링을 구현하기 위해 빛의 세기와 위상을 정밀하게 조절해 레이저 펄스에 도넛 모양을 부여하고 연기 고리의 회전 특성을 부여하는 데 성공했다.
빛은 진동하는 동안 위상이 파동의 각 부분의 위치를 결정하는 전자기파입니다. 이러한 레이저 펄스는 100만분의 1초 미만으로 지속되므로 특정 시점에 특정 위상 값이 제공되는 경우에만 원하는 모양과 특징을 만들 수 있습니다.
실험 동안 팀은 레이저 펄스를 전달하기 위해 일련의 렌즈, 융기된 결정 및 소형 프로젝터와 유사한 "공간 광 변조기"를 사용했습니다. 펄스가 이러한 장치를 통과하여 검출기에 도달하면 "시공간 소용돌이 끈"으로 알려진 소용돌이 고리 모양을 취합니다. 팀이 만든 가장 큰 소용돌이 고리는 28개의 서로 다른 소용돌이 고리로 구성됩니다.
다음으로 연구원들은 로고 이미지를 일련의 소용돌이 고리 속성으로 인코딩했습니다. 원리 증명으로 그들은 16개의 소용돌이 스트링을 사용하여 16,384픽셀의 이미지를 성공적으로 전송했습니다. 그러나 그들은 향후 실험에서 28개의 소용돌이 고리를 포함하는 끈이 짧은 시간에 많은 양의 정보를 전송하는 더 효율적인 방법이 될 것으로 예상합니다.
빛으로 도넛 같은 소용돌이를 만들려면 높은 수준의 정밀도와 세부 사항에 대한 주의가 필요하다고 University of Southern California의 Alan Willner는 말합니다. 그러나 연구팀은 앞으로 더 다양한 유형의 소용돌이 구조를 만드는 데 도움이 될 몇 가지 "레시피"와 같은 지침을 제공했습니다.
현재 전 세계 연구 그룹에서는 잠재적인 응용 가치를 탐구하기 위해 다양하고 흥미로운 구조화된 조명을 설계하려고 노력하고 있습니다. 미래에 과학자들은 다양한 구조의 조명 분야에서 더 많은 새로운 혁신을 가져올 것입니다.
