Un vortex optique est identifié comme une singularité de phase entourée d'un front d'onde hélicoïdal, et grâce à ses propriétés uniques, y compris le moment angulaire orbital transporté (OAM) associé à des profils en forme de beignet, il a trouvé des applications passionnantes dans la nanoscopie à déplétion par émission stimulée (STED), manipulation optique, communications optiques à multiplexage OAM quantique et classique, imagerie optique améliorée, et récemment en physique des vortex de haute intensité, etc. Cependant, la taille des motifs en forme de beignet générés par les vortex conventionnels dépend fortement de la charge topologique transportée.

En 2013, Ostrvsky et ses collègues ont d'abord proposé le concept de tourbillons optiques parfaits (POV), qui a été façonné en un anneau d'impulsion au plan de Fourier avec son rayon étant quasi-indépendant de la charge topologique. La même année, ce faisceau vortex "parfait" a été démontré pour piéger dynamiquement des micro-particules le long de ces anneaux brillants, et il a été montré que ces tourbillons parfaits offraient la possibilité de transférer l'OAM aux particules piégées le long de ces anneaux d'impulsion brillants.

Un an plus tard, ce nouveau type de vortex optiques a été proposé pour les communications par fibre optique à multiplexage OAM, qui offre la possibilité de coupler plusieurs faisceaux OAM dans une certaine fibre annulaire. Cependant, les anneaux d'impulsion de ces POV signalés dans le passé sont tous des anneaux brillants, ce qui pourrait également entraver leurs applications dans certains scénarios.

Récemment, un type de POV généralisés avec un profil d'anneau d'impulsion contrôlable basé sur des réseaux de Dammann circulaires (CDG) a été proposé et démontré par une équipe de recherche de l'Institut d'optique et de mécanique fine de Shanghai, Académie chinoise des sciences. Le concept a été publié dans Recherche en photonique .

Avec le développement de sa théorie de la conception, les CDG avaient trouvé leurs applications en mesure optique, encodage d'images optiques, lasers de pompage à lumière structurée, et éclairage laser annulaire, etc. Cependant, les anneaux d'impulsion générés par les CDG traditionnels ne possèdent pas de moment angulaire orbital.

Selon le groupe de recherche, le spectre de Fourier de chaque ordre de diffraction d'un CDG noyé avec une phase en spirale était essentiellement une somme de poids de deux anneaux d'impulsion, une bague d'impulsion orientée vers l'intérieur et l'autre vers l'extérieur.

Ainsi, il est possible de contrôler arbitrairement le profil d'anneau d'impulsion de l'anneau annulaire noyé avec phase spirale en modifiant le coefficient de poids entre ces deux anneaux d'impulsion.

Dans l'expérience de démonstration de principe, un modulateur spatial de lumière programmable a été utilisé pour simuler la phase des CDG embarqués avec phase spirale, dont la structure a été optimisée pour obtenir le coefficient de poids souhaité entre ces deux anneaux d'impulsion.

Il a montré qu'un type de POV sombres "absolus" entourés de deux anneaux de lobe lumineux de chaque côté était présenté, qui a fourni un potentiel annulaire parfait bien le long de ces anneaux d'impulsion sombres pour piéger régulièrement les particules à faible indice, cellules, ou gaz quantique, etc.

Par ailleurs, plusieurs POV avec différents profils d'anneau d'impulsion, y compris les POV conventionnels avec des anneaux lumineux, POV sombres mentionnés ci-dessus, ainsi que des POV avec un profil d'anneau d'impulsion contrôlable ont été démontrés.

Ce travail ouvre de nouvelles possibilités pour remodeler arbitrairement le profil de l'anneau d'impulsion pour des tourbillons parfaits. Il devrait être d'un grand intérêt pour la manipulation optique, communications optiques quantiques et classiques, imagerie optique améliorée, ainsi que de nouveaux lasers de pompage structurés.