Un vortice ottico è identificato come una singolarità di fase circondata da un fronte d'onda elicoidale, e grazie alle sue proprietà uniche, compreso il momento angolare orbitale trasportato (OAM) associato a profili a forma di ciambella, ha trovato interessanti applicazioni nella nanoscopia a riduzione delle emissioni stimolate (STED), manipolazione ottica, comunicazioni ottiche multiplexing OAM sia classiche che quantistiche, imaging ottico avanzato, e recentemente nella fisica dei vortici ad alta intensità, ecc. Tuttavia, la dimensione dei modelli a forma di ciambella generati dai vortici convenzionali è fortemente dipendente dalla carica topologica trasportata.

Nel 2013, Ostrvsky e collaboratori hanno proposto per la prima volta il concetto di vortici ottici perfetti (POV), che è stato modellato in un anello di impulso sul piano di Fourier con il suo raggio quasi indipendente dalla carica topologica. Nello stesso anno, questo raggio di vortice "perfetto" è stato dimostrato per l'intrappolamento dinamico di microparticelle lungo quegli anelli luminosi, ed è stato dimostrato che questi vortici perfetti fornivano la possibilità di trasferire l'OAM alle particelle intrappolate lungo quegli anelli luminosi di impulso.

Un anno dopo, questo nuovo tipo di vortici ottici sono stati proposti per comunicazioni in fibra ottica multiplexing OAM, che fornisce la possibilità di accoppiare più raggi OAM in una certa fibra anulare. Però, gli anelli impulsivi di quei POV riportati in passato sono tutti anelli luminosi, che potrebbero anche ostacolare le loro applicazioni in alcuni scenari.

Recentemente, un tipo di POV generalizzato con profilo ad anello di impulsi controllabile basato su reticoli circolari di Dammann (CDG) è stato proposto e dimostrato da un gruppo di ricerca dell'Istituto di ottica e meccanica fine di Shanghai, Accademia cinese delle scienze. Il concetto è stato pubblicato in Ricerca sulla fotonica .

Con lo sviluppo della sua teoria del design, i CDG avevano trovato le loro applicazioni nella misurazione ottica, codifica ottica dell'immagine, laser a pompaggio a luce strutturata, e illuminazione laser anulare, ecc. Tuttavia, gli anelli impulsivi generati dai CDG tradizionali non possiedono alcun momento angolare orbitale.

Secondo il gruppo di ricerca, lo spettro di Fourier di ciascun ordine di diffrazione di un CDG incorporato con una fase a spirale era essenzialmente una somma ponderale di due anelli di impulso, uno verso l'interno e l'altro verso l'esterno.

Così, è possibile controllare il profilo dell'anello impulsivo dell'anello anulare incastonato con fase a spirale modificando arbitrariamente il coefficiente di peso tra questi due anelli impulsivi.

Nell'esperimento di dimostrazione del principio, un modulatore di luce spaziale programmabile è stato utilizzato per simulare la fase di CDG incorporati con fase a spirale, la cui struttura è stata ottimizzata per ottenere il coefficiente di peso desiderato tra questi due anelli impulsivi.

Ha mostrato che è stato presentato un tipo di POV scuri "assoluti" circondati da due anelli di lobi luminosi in ciascun lato, che forniva un perfetto potenziale anulare lungo quegli anelli di impulso oscuri per intrappolare particelle costantemente a basso indice, cellule, o gas quantistico, eccetera.

Per di più, diversi POV con diversi profili di anello impulsivo, inclusi POV convenzionali con anelli luminosi, POV scuri menzionati sopra, e sono stati dimostrati anche POV con profilo ad anello d'impulso controllabile.

Questo lavoro apre nuove possibilità per rimodellare arbitrariamente il profilo dell'anello di impulso per vortici perfetti. Dovrebbe essere di grande interesse nella manipolazione ottica, comunicazioni ottiche sia quantistiche che classiche, imaging ottico avanzato, e anche nuovi laser di pompaggio strutturati.