يمكن استخدام دوامات من ضوء الليزر على شكل كعكة دونات لنقل الصور

يمكن تحويل نبضات الليزر القصيرة إلى سلسلة من الدوامات التي تشبه الدونات، مما يوفر وسيلة لنقل المزيد من المعلومات باستخدام الضوء.

عادة ما نواجه دوامات في الماء والهواء، ولكن يمكن أيضًا إنشاء هياكل دوامية مماثلة لتتشكل في أشعة الضوء. أحد هذه الهياكل هو حلقة دوامية، حيث تلتف جزيئات الضوء – أو الفوتونات – وتدور كما تفعل جزيئات الهواء في حلقة الدخان. وقد توصلت جينبينج ياو، من الأكاديمية الصينية للعلوم، وزملاؤها الآن إلى كيفية تجميع ما يصل إلى 28 حلقة دوامة في نبضة ليزر واحدة.

وللقيام بذلك، قام الفريق بتصميم شدة الضوء بدقة، وقاموا بتعديل خاصية أخرى للضوء تسمى الطور. الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية، ويحدد طورها مكان تذبذب كل جزء من الموجة في تذبذبها المتكرر لأعلى ولأسفل. نبضة الليزر، التي استمرت لأقل من جزء من المليون من الثانية في التجربة، لا يمكن أن تعطى شكلًا يشبه الدونات وطابعًا دواميًا لحلقة دخان إلا عندما أعطى الباحثون قيمًا محددة لمرحلتها في أجزاء معينة من النبضة.

لقد أرسلوا النبض من خلال سلسلة من العدسات، والبلورات الخاصة ذات الحواف، و”مُعدِّل الضوء المكاني”، الذي يشبه جهاز عرض صغير. وبحلول الوقت الذي مر عبرهم جميعًا للوصول إلى الكاشف، كان على شكل سلسلة من حلقات الدوامة. أطلقت ياو وزملاؤها على هذا اسم “سلسلة دوامة زمانية مكانية” وكان أكبرها يتكون من 28 حلقة دوامة متميزة.

ثم قاموا بتشفير صورة شعار معهدهم في خصائص سلسلة من الحلقات الدوامة. وكدليل على المبدأ، استخدموا سلاسل من 16 دوامة لنقل 16384 بكسل، ولكن التجارب المستقبلية المحتملة مع سلاسل تحتوي على 28 حلقة دوامة ستكون وسيلة فعالة لنقل الكثير من المعلومات في دفقة قصيرة من الضوء.

يقول هوارد ميلشبيرج من جامعة ميريلاند، الذي كان فريقه رائدًا في إجراء تجارب على الحلقات الدوامية، إن تقنيات صنع الدوامات في الضوء أصبحت مؤخرًا متاحة على نطاق أوسع، لذلك هناك العديد من التطبيقات الجديدة المحتملة. “المجال ينفجر نوعًا ما والناس يفكرون في أشياء مختلفة للقيام بهذه الهياكل [in light]. يقول: “إن القدرة على حمل المعلومات هي بالتأكيد شيء يستحق التفكير فيه”.

يتطلب إخراج دوامات الدونات من الضوء الكثير من العناية والحصول على جميع التفاصيل بشكل صحيح، لكن الباحثين قدموا أيضًا ما يشبه الوصفة لصنع دوامات أكثر ومختلفة في المستقبل، كما يقول آلان ويلنر من جامعة جنوب كاليفورنيا. “لقد حاولت مجموعات البحث في جميع أنحاء العالم تصميم ضوء منظم ومثير للاهتمام. إنهم يتساءلون: “ما هو نوع الضوء الذي يمكننا خلقه؟” ويقول: “قد يكون هذا جزءًا من مجموعة الأدوات التي نحتاج إلى اكتشافها”.