物理学者は、新しい光の状態、つまり、軌道角運動量が時間とともに変化する渦巻く放射パルスを実証しました。したがって、科学者たちは、これまで使用されていなかった電磁放射の自由度をなんとか使用することができました。潜在的に、そのようなパルスの助けを借りて、ナノメートルの空間スケールとアト秒の時間スケールで物質を研究することが可能です、著者はジャーナルサイエンスに書いています、記事からのイラストは問題の表紙にそれを作りました。
最も単純な電磁波は、周波数（波長）、強度、偏波などの量によって特徴付けられます。しかし、1992年に、物理学者は、渦巻きとして知られるようになった新しい光の状態を作り出すことが可能であることを示しました。これは、軌道角運動量の存在によって区別されます。その結果、波面、つまり同じ位相の表面は、らせんのようにらせん状になりますが、伝搬軸自体では、光の強度は次のようになります。零。同時に、通常の平面波の場合、正面は互いに続く平面であり、球面波の場合、同心球です。
渦巻く光は、あらゆる放射線によって運ばれるエネルギーと運動量に加えて、軌道角運動量も与えられます。このため、このような光が体に吸収されると、その軸を中心に回転し始めます。この特性のおかげで、光は物質との新しい相互作用モードを提供し、ナノスケールで物体の挙動を制御し、光学顕微鏡の解像度を高めることができます。電子などの他の粒子のねじれた状態を作成することも可能です。
渦巻きの主な特徴の1つは、他の光の特性と比較して情報容量が増加していることです。最大の分極度がありますが、ねじれは理論的には任意に大きく、2つの方向があります。これにより、他のパラメータを変更することなく、つまり周波数範囲を拡大することなく、光によって送信される情報の密度を高めることができます。
ただし、以前に作成されたすべての光線には、一定のねじれがありました。サラマンカ大学（スペイン）、バルセロナ科学技術研究所、およびローラレゴ率いるコロラド大学ボルダー校（米国）の物理学者は、時間とともに変化する渦巻きで光を作り出す可能性を初めて実証しました。結果として得られるバンドルは、移動するにつれて渦巻きになるか、逆に、渦巻きが徐々に減少します。
著者らは、高次高調波を生成する効果を使用して、新しい光の状態を作成する方法を考え出しました。非線形光学のこの現象は、いくつかの媒体（通常は希薄ガス）における光放射のいくつかの強いパルスの特定の相互作用に関連しています。このような領域での相互作用の結果として、新しいパルスが発生し、それらの光子のエネルギーは元の光子のエネルギーよりも何倍も大きいことが判明します-高い奇数次高調波の生成が発生します。
まず、物理学者はプロセスの理論モデルを開発し、それを実験的に実装しました。このモデルでは、さまざまな程度の一定の渦を伴う赤外線レーザーパルスのペアを使用しました。それらは、わずかな相対遅延でアルゴンガスターゲットに衝突し、時間とともに変化する渦を伴う紫外線放射パルスの生成につながりました。これは、出力パルスのツイストが調和数に比例して大きくなるため、ツイストビームに基づいて高次の高調波を生成する特性によるものです。したがって、入力にツイスト1と2のパルスがあった場合、その結果、たとえば17次高調波では、元のパルスが次の理由でさまざまな比率でオーバーラップするため、ツイストはパルスに沿って17から34に変化します。時間遅延。
高次高調波の生成中に動的ツイストを伴うパルスを取得する概略図
受信したパルスを登録するとき、パルス自体は約50フェムト秒しか続かなかったため、主な問題は動的ツイストの決定であることが判明しました。その結果、著者らは、空間周波数分布の特徴を特定しました。これは、目的の特性を持つ光線にのみ特徴的です。得られたデータは、理論の予測と非常によく一致していることが判明しました。著者らは、得られたパルスは、物質中のスピンと電荷のダイナミクスの自然な時間的および空間的スケールに対応するパラメーター、つまりフェムト秒とナノメートルのオーダーを持っていることに注目しています。
時間遅延パルスに基づく放射線の生成にも関連する非線形光学の別の効果は、最近、テラヘルツ放射の記録的な高出力パルスを生成するために科学者によって使用されました。以前は、ねじれた光は記録的な距離を空中を透過し、個々のねじれた光子は半径方向の量子数に従って分類され、超強力レーザーの光はプラズマホログラムでねじられることが提案されていました。
