Commemorando il 30° anniversario della previsione dei vortici ottici, ricercatori in Cina:Xing Fu alla Tsinghua University, Xiaocong Yuan dell'Università di Shenzhen e co-autori, hanno esaminato lo sviluppo di 30 anni della comprensione e delle applicazioni di questi intriganti fenomeni.

I vortici sono fenomeni comuni che esistono ampiamente in natura, dai vortici quantistici nell'azoto liquido alla circolazione oceanica e ai vortici dei tifoni e persino alle galassie a spirale nella Via Lattea. I vortici esistono anche in ottica, il cui concetto è stato proposto per la prima volta dal fisico teorico Pierre Coullet e colleghi [ Optare. Comune 73, 403 (1989)] trent'anni fa. Finora, grazie alle loro strutture sorprendenti, vortici ottici (OV) hanno generato enormi applicazioni avanzate come pinzette ottiche, entanglement quantistico, e ottica non lineare, in ogni ramo dell'ottica moderna.

Gli autori hanno diviso lo sviluppo di 30 anni di OV in tre fasi:i primi 10 anni sono la fase delle teorie fondamentali in cui sono stati proposti nuovi concetti fisici e nuovi fenomeni fisici durante questa fase, come la carica topologica, singolarità di fase, reticolo di vortice, momento angolare orbitale (OAM), e fasci di vortice con un fronte d'onda a spirale, che ha posto solide basi teoriche per le successive applicazioni scientifiche.

Il secondo 10 anni è la fase di sviluppo dell'applicazione che, per le caratteristiche della singola fase di OV e le elevate dimensioni di OAM, i vortici ottici portano un tipo unico di sorgenti luminose con prestazioni superiori per le applicazioni della tecnologia quantistica, pinzette ottiche e manipolazione di particelle, immagini ad alta risoluzione, rilevamento biomedico e chimico, comunicazione ottica ad alta capacità, ecc.; Gli ultimi 10 anni sono la fase di innovazione tecnologica che la metasuperficie ha portato OV in nanoscala, Il multiplexing OAM ha esteso la capacità della comunicazione ottica a livello di terabit, anche petabit, e la migliore sintonizzabilità di OV ha realizzato nuovi fenomeni non lineari e quantistici, spingendo OV come uno degli argomenti scientifici più caldi.

In questo documento di revisione, hanno anche spiegato come il concetto di vortici ottici sia emerso dalle somiglianze osservate tra il comportamento dei vortici fluidi e alcune forme di luce laser. Le onde luminose dei vortici ottici sono attorcigliate intorno alla loro direzione di marcia, con un punto di intensità zero al loro centro. Gli autori hanno esaminato il costante perfezionamento delle tecniche utilizzate per creare vortici ottici, ed esplorare le loro applicazioni. Hanno sottolineato che la sintonizzabilità degli OV include non solo la sintonizzabilità spettrale e temporale, ma anche l'OAM-, chiralità-, carica-topologica-, e la sintonizzabilità della distribuzione delle singolarità. Le applicazioni di spicco includono sofisticati processi di calcolo ottico, nuove tecniche di microscopia e imaging, la creazione di 'pinzette ottiche' per intrappolare particelle di materia, e la lavorazione ottica che utilizza la luce per modellare strutture su scala nanometrica.