使用镜子、激光器和透镜将光线弯曲成漩涡环

上海科技大学和代顿大学的一个研究小组开发了一种利用镜子、激光器和透镜将光弯曲成涡旋环的方法，发表在《Nature Photonics》杂志上。这项研究中，该小组以其他小组的工作为基础，在这些工作中偶然观察到了涡旋环，然后从数学上设计了一个可以根据需要生成涡旋环的系统。

图1，实验装置示意图，来自激光源的啁啾脉冲分为信号脉冲和参考脉冲。信号脉冲经过二维脉冲整形器后转变为时空涡旋（STOV）脉冲。时空涡旋沿涡旋线拉伸，然后通过无焦保角映射系统转化为环形涡旋。环形旋涡的特征是与去啁啾参考脉冲的干扰。来源：Nature Photonics。

2016年，另一组研究人员发现，在适当的情况下，围绕中心管状脉冲旋转的强光脉冲有时会形成圆环状漩涡。这一发现引起了研究人员的兴趣，他们开始怀疑是否有可能根据需要制造出这样的漩涡环。

他们首先研究了导致团队在2016年所观察到的这种现象的性质和条件，并将数学应用于该问题。他们找到了并表明如何制造这种环的解——麦克斯韦方程组的解，特别是他们发现，可以用来生成所需的保角映射。

研究人员将各种材料组合在一起，进而在现实世界中实现他们的数学解决方案。他们首先修改标准激光器，以产生特定类型的脉冲，然后增加了镜子、透镜、光栅和特殊类型的液晶屏，以便脉冲通过，每个部件都以特定的方式影响光传播。

研究人员注意到，该系统首先将光脉冲变为一个长而窄的形状，这使得光的其他部分有了旋转的空间。在另一束光穿过系统后，旋涡状的光结合在一起，就像龙卷风一样，形成一个圆环。

研究人员计划继续他们的工作，希望了解是否可以制造出其他漩涡形状。他们指出，他们的工作可以为其他人提供蓝图，帮助更好地理解自然形成的环形涡旋的形成。