Lys orbitale angulære moment

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg
Disambig bordered fade.svg For alternative betydninger, se Orbitale angulære moment.
Disambig bordered fade.svg For alternative betydninger, se OAM.

Elektromagnetiske bølgers (EM) (f.eks. lys eller radiobølger) orbitale angulære moment (OAM, populært snoede elektromagnetiske bølger, snoede radiobølger[1], snoet lys) er elektromagnetiske bølgers angulære moments komponent, som er afhængig af det rumlige EM-felts fordeling - og ikke polariseringen.

OAM kan yderligere inddeles i intern OAM og ekstern OAM. Den interne OAM er en oprindelsesuafhængige EM-angulære moment og kan forbindes med en skruelinje eller vreden bølgefront. Den eksterne OAM er den oprindelsesafhængige EM-angulære moment som kan bestemmes som krydsproduktet af EM-stråle positionen (strålens centrum) og dens totale lineære impuls.

Introduktion[redigér | redigér wikikode]

De forskellige søjler viser strålens skruelinjestruktur, fasefront - og korresponderende lysstyrkefordeling. Den første søjle viser EM-strålens bølgefrontsform. Den anden søjle er den optiske fase fordeling i et stråletværsnit, vist med falske farver. Den tredje søjle er strålens signalstyrke fordeling i en stråletværsnit (med en mørk vortex-kerne i centrum).

En EM-stråle bærer en lineær impuls \mathbf{P}, og kan herved også have en ekstern angulær moment \mathbf{L}_e=\mathbf{r}\times\mathbf{P}. Denne eksterne angulær moment afhænger af koordinatsystemets origos valg. Hvis origo vælges til at være på stråleaksen og strålen er cylindrisk symmetrisk (i hvert fald i dens impulsfordeling), vil den eksterne angulære moment forsvinde. Den eksterne angulære moment er en form for OAM, fordi den er urelateret til polariseringen og afhænger af den rumlige fordeling af EM-feltet.

En mere interessant eksempel af OAM er den interne OAM som dukker op når en paraksial EM-stråle er i en såkaldt “skruelinje mode/tilstand”. EM-skruelinje modes er karakteriseret ved en bølgefront som er formet som en skruelinje (forskruet overflade?) med et an eng. optical vortex i centrum, ved EM-strålens akse (se figuren). Skruelinje modes er karakteriseret ved et heltalsnummer m, positiv eller negativ. Hvis m=0, er moden ikke med skruelinje og bølgefronterne er flere uforbundne flader/planer, for eksempel, en sekvens af parallelle planer (fra hvilken navnet “planbølge” stammer). Hvis m=\pm 1, bestemmer håndetheden fortegnet af m, bølgefronten er formet som en enkelt skruelinje, hvor en hel skrues længde er lig bølgelængden \lambda. Hvis |m|\geqslant 2 består bølgefronten af |m| distinkte men sammenskruede skruelinjer. Heltallet m kaldes også for den såkaldte “topologiske ladning” af det eng. optical vortex.

Kilder/referencer[redigér | redigér wikikode]

  1. 25. feb 2011, ing.dk: Snoede radiobølger skal skaffe båndbredde til hungrende mobilbrugere Citat: "...Udover at skelne mellem radiobølger med forskellig frekvens, skal man også skelne mellem radiobølger med forskellig snoning af de elektromagnetiske bølgefronter..."

Eksterne henvisninger[redigér | redigér wikikode]

  • 25 June 2012, BBC News: 'Twisted light' carries 2.5 terabits of data per second Citat: "...Recent work suggests that the trick could vastly boost the data-carrying capacity in wi-fi and optical fibres...The idea is not to create light waves wiggling in different directions but rather with different amounts of twist, like screws with different numbers of threads..."
  • Nov 1, 2012, physicsworld.com: Spooky action with twisted beams Citat: "...Using this technique, Zeilinger and co-workers found they could obtain differences in quantum number as high as 600 (in other words l = +300 on one photon and l = –300 on the other). Lapkiewicz points out that there is, in theory, no upper limit to a photon's l value, which suggests that a photon – a quantum object – could acquire as much OAM as a macroscopic object, leading to what he calls a "tension between the quantum and classical worlds"..."
  • Oct 19, 2012, physicsworld.com: Chip puts a twist on light Citat: "...Indeed, he says that they aim to produce devices that can emit different OAM values at the same time. This, he claims, could enhance telecommunication bandwidth, by increasing the number of channels available, and boost the power of quantum computers – devices, still under development, that promise much faster data crunching by processing multiple quantum states simultaneously. "Currently, quantum computers rely on electron spin or photon spin, which only have two states, whereas OAM has many states," he explains..."
  • University of Southern California (2013, June 27). Breakthrough in Internet bandwidth: New fiber optic technology could ease Internet congestion, video streaming. ScienceDaily Citat: "...the technology centers on donut-shaped laser light beams called optical vortices, in which the light twists like a tornado as it moves along the beam path, rather than in a straight line...Unlike in conventional fibers, OAM modes in these specially designed fibers can carry data streams across an optical fiber while remaining separate at the receiving end..."

Yderligere læsning[redigér | redigér wikikode]