Investigadores del Instituto de Tecnología de Beijing han desarrollado un manipulador fotónico TAM que utiliza eficazmente el momento angular del fotón, abriendo nuevas vías para la transmisión de datos, el cifrado y el procesamiento de señales cuánticas. La nueva tecnología permite la identificación eficiente y el control en tiempo real de los patrones de momento angular.
Los objetos en rotación tienen momento angular, una propiedad que se extiende a las partículas más pequeñas, como los fotones. Los fotones poseen dos formas diferentes de momento angular: momento angular de espín (SAM) y momento angular orbital (OAM). El momento angular de giro baila entre dos valores propios, lo que representa la polarización circular izquierda y derecha, mientras que el momento angular orbital tiene un número infinito de valores propios, correspondientes a la fase espiral. Cuando SAM se combina con OAM, somos testigos del surgimiento del "momento angular total" (TAM), una caja de herramientas fotónica con una amplia gama de aplicaciones, que abarca lidar, procesamiento láser, comunicaciones ópticas, computación óptica, información cuántica y más.
Así como OAM ha traído cambios revolucionarios al campo, la identificación eficiente y el control en tiempo real de los patrones de TAM también proporcionan la clave para las innovadoras aplicaciones de TAM. Sin embargo, los métodos existentes para identificar estados TAM de fotones tienen limitaciones, incluido un rango dinámico limitado, baja precisión de identificación y la incapacidad de ajustar los filtros sobre la marcha. Estas limitaciones limitan el progreso del desarrollo y la aplicación de TAM. Extraer el patrón TAM deseado a partir de un haz de fotones sigue siendo un misterio sin resolver.
Según la revista Advanced Photonics, investigadores del Instituto de Tecnología de Beijing han desarrollado un manipulador fotónico TAM que elimina obstáculos y permite la manipulación bajo demanda de SAM y OAM. Su enfoque implica una cascada simétrica de dos unidades similares: un divisor TAM y un inversor TAM. Estas unidades constan de elementos ópticos especializados llamados desempaquetadores y correctores.
Podemos pensar en el manipulador fotónico TAM como un director de orquesta que dirige una orquesta sinfónica de luz. El divisor TAM convierte el haz entrante en una combinación de franjas dispuestas espacialmente, donde cada franja representa un patrón TAM. El filtro espacial comienza a funcionar, decidiendo qué patrones TAM deben conservarse y cuáles bloquearse. Finalmente, el inversor TAM devuelve el haz separado al dominio espacial para completar la sinfonía. Este proceso de conversión mapea el haz incidente desde el dominio espacial al "dominio de posición TAM", lo que permite el filtrado antes de la conversión al dominio espacial.
La demostración experimental informada por los investigadores respalda la identificación de hasta 42 patrones TAM individuales. Los resultados de la investigación muestran que TAM tiene un buen rendimiento de selección de estado y, por lo tanto, es particularmente atractivo para la transmisión de datos de alta velocidad y gran capacidad y para sistemas de cifrado fotónico de alta seguridad. También proporciona nuevas perspectivas sobre la computación fotónica de alta fidelidad y el procesamiento de señales de radar cuánticas.