自扭矩:物理学家发现光的新特性

2022-02-23 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:645 /
内容摘要:
一个国际物理学家团队已经从理论上预测并实验性地产生了具有一种新特性的光束,他们称之为光的自发光。发表在《科学》杂志上的这一发现,可以帮助我们理解双星黑洞中的物理学,以及如何控制分子和纳米结构中的动力学。两个延时红外涡旋激光脉冲(左上)撞击气体目标,产生相干的EUV光,其轨道角动量......

一个国际物理学家团队已经从理论上预测并实验性地产生了具有一种新特性的光束,他们称之为光的自发光。发表在《科学》杂志上的这一发现,可以帮助我们理解双星黑洞中的物理学,以及如何控制分子和纳米结构中的动力学。

Two time-delayed infrared vortex laser pulses (upper-left) impinge on a gas target to generate coherent, EUV light with a time-dependent orbital angular momentum (right): the self-torque of light. Image credit: Kevin Dorney, JILA.

两个延时红外涡旋激光脉冲(左上)撞击气体目标,产生相干的EUV光,其轨道角动量随时间变化(右):光的自转矩。图片来源:凯文·道尼,JILA。

光束携带能量和动量,可以对它们照射的物体施加微小但可检测的压力。

1992年,人们意识到当光束的空间形状旋转时,光也可以具有轨道角动量。或扭曲& # 8212;围绕它自己的轴。

虽然肉眼看不到,但当光束与物质相互作用时,可以发现OAM的存在。

OAM光束正在光通信、显微镜、量子光学和微粒操作中实现新的应用。

然而,迄今为止,所有的OAM梁& # 8212;也被称为涡旋光束& # 8212;一直是静止的;也就是说,OAM不会随时间变化。

为了实现一种全新的光特性,表现为沿光脉冲的时变OAM,JILA物理学家凯文·道尼、萨拉曼卡大学的劳拉·减压阀博士和他们的同事利用了高次谐波产生(HHG)过程固有的量子物理学。

他们解释说:“为了用光产生高次谐波,一个强烈的飞秒激光脉冲被提升到驱动激光的更高频率,这基本上是通过从一个正在被电离的原子中产生一个纳米级辐射天线来实现的。

当相位适当匹配时,可以产生明亮的、相干的类激光束,其范围从电磁波谱的极紫外(EUV)区到软X射线区

“HHG过程是连贯的,这意味着它在上转换过程中必须同时保持能量和动量,这是创造自扭转EUV光束的秘密。”

这一突破表明,通过HHG产生的EUV光确实可以拥有一个依赖于时间的OAM。

在这样做的过程中,他们发现了光的自扭矩,这就像一把扳手在拧紧螺栓时加速。然而,这种扳手是由光子组成的,其扭曲速度比电子绕氢原子核运行的速度还要快。

“通常情况下,当用‘甜甜圈’激光束驱动HHG时,守恒定律规定每个谐波的OAM等于谐波数乘以驱动激光的OAM,”Dorney说。

“然而,如果我们用一对具有不同OAM的延时激光脉冲来驱动HHG过程,那么事情就会变得非常有趣。”

“延时脉冲对导致EUV光的发射具有时变的OAM,它平滑地通过OAM状态的八度音阶。”

"当OAM含量沿EUV脉冲动态变化时,光束继续加速,因此具有自转矩."

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劳拉·减压阀等,2019年。具有时变轨道角动量的极紫外光束的产生科学364(6447):eaaw 9486;doi: 10.1126/science.aaw9486


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