Commémorant le 30e anniversaire de la prédiction des tourbillons optiques, chercheurs en Chine—Xing Fu à l'Université Tsinghua, Xiaocong Yuan de l'Université de Shenzhen et ses co-auteurs ont passé en revue les 30 années de développement de la compréhension et des applications de ces phénomènes intrigants.

Les tourbillons sont des phénomènes communs qui existent largement dans la nature, des tourbillons quantiques dans l'azote liquide à la circulation océanique et aux tourbillons de typhons et même aux galaxies spirales de la Voie lactée. Des tourbillons existent aussi en optique, dont le concept a été proposé pour la première fois par le physicien théoricien Pierre Coullet et ses collègues [ Opter. Commun. 73, 403 (1989)] il y a trente ans. Jusqu'ici, en raison de leurs structures étonnantes, les tourbillons optiques (OV) ont engendré d'énormes applications avancées telles que les pincettes optiques, intrication quantique, et optique non linéaire, dans toutes les branches de l'optique moderne.

Les auteurs ont divisé le développement de 30 ans des OV en trois étapes :les 10 premières années sont l'étape des théories fondamentales où de nouveaux concepts physiques et de nouveaux phénomènes physiques ont été mis en avant au cours de cette étape, comme la charge topologique, singularité de phase, réseau de vortex, moment angulaire orbital (OAM), et des faisceaux vortex avec un front d'onde en spirale, qui a jeté des bases théoriques solides pour les applications scientifiques ultérieures.

La deuxième décennie est la phase de développement de l'application qui, en raison des caractéristiques de la phase singulière de l'OV et des dimensions élevées de l'OAM, les vortex optiques apportent un type unique de sources lumineuses avec des performances supérieures pour les applications de la technologie quantique, pinces optiques et manipulation de particules, imagerie super-résolution, détection biomédicale et chimique, communication optique haute capacité, etc.; Les 10 dernières années sont l'étape de percée technologique que la métasurface a amené OV à l'échelle nanométrique, Le multiplexage OAM a étendu la capacité de communication optique au niveau du térabit, voire du pétabit, et l'amélioration de l'accordabilité de la VO a permis de réaliser de nouveaux phénomènes non linéaires et quantiques, faisant de la VO l'un des sujets scientifiques les plus brûlants.

Dans cet article de synthèse, ils ont également expliqué comment le concept de tourbillons optiques a émergé des similitudes observées entre le comportement des tourbillons fluides et certaines formes de lumière laser. Les ondes lumineuses des vortex optiques sont tordues autour de leur direction de déplacement, avec un point d'intensité nulle en leur centre. Les auteurs ont examiné le raffinement constant des techniques utilisées pour créer des tourbillons optiques, et explorez leurs applications. Ils ont souligné que l'accordabilité des OV inclut non seulement l'accordabilité spectrale et temporelle, mais aussi l'OAM-, chiralité-, charge-topologique-, et l'accordabilité de la distribution de la singularité. Les principales applications comprennent des processus informatiques optiques sophistiqués, nouvelles techniques de microscopie et d'imagerie, la création de "pinces optiques" pour piéger les particules de matière, et l'usinage optique utilisant la lumière pour modeler des structures à l'échelle nanométrique.