研究人员找到改变激光光束轨道角动量的方法

“我们的新颖之处是意识到通过使用自定义几何相位偏振光学画出轨道角动量，激光就可以区分顺时针和逆时针光的区别了，”福布斯说。

控制是通过简单地旋转激光器中一个单一的光学元件实现的，没有任何其它需要的调整。这种光束已被用于光通信、光学的微粒捕获和计量，现在可以根据需求通过单个激光进行创建它们。

光的几何相位是一个非常抽象的概念，首先出现在量子理论中，但这里的研究人员已经使用它来创建特定类型的扭曲的光。自定义的光，称为q-plate，根据极化扭转特性调整轨道角动量的偏转，从一个映射到另一个。

例如，如果顺时针方向的偏振光没有扭曲相位通过光纤，输出是逆时针方向的偏振光并且相位是顺时针扭转。通过将这些元素加在激光上，极化扭转（旋转）控制在轨道角动量的扭转方向，那么输出也是可控制的。“我们喜欢称之为螺旋激光，因为光束的偏振和轨道角动量在光的产生中都起作用了，并以一种复杂的方式旋转或扭曲，”福布斯说。

重要的是，相同的激光能产生这些轨道角动量光束和各种极化光束的任意组合。该研究团队还发现，光输出是任意矢量涡旋光束产生的，被称为高阶庞加莱球光束。

例如，除了轨道角动量光束的特殊情况外，相同的激光也会产生的径向和角向偏振光，偏振（电场方向）会在空间上的变化。例如，径向偏振光总是指向远离圆心的方向，这在切削金属时是非常有用的。

这种光束通常被称为“向量”光束，因为偏振变化是横穿光束的。当偏振态模式在整个光束中保持不变，它被称为“标量”光束。在论文中，研究人员已经表明，这两种光束都可以通过相同的激光进行创建。

“必须明白，矢量涡旋激光束在金属和其他材料的加工中已被证明是非常有用的，例如，在汽车工业中。但直到现在我们不能在同一个激光器中产生这所有的光束，”奈杜说，正在进行的实验也是作为他自己博士研究的一部分，他也是该论文的主要作者。

激光的概念很可能吸引来自学术界和工业界的兴趣。有高阶庞加莱球相位的矢量和标量的涡旋光束有许多应用，如显微镜成像，激光加工，并可用于自由空间和光纤通信。通常，是要预先决定哪种光束是最想要的，然后再去设计一个激光器。现在，利用单一的激光器满足不同激光光束的需求变得可能。