Nghiên cứu mới cho thấy các xung laser cực nhanh có thể tạo ra các cấu trúc xoáy giống như vòng khói mà khi kết nối với nhau có thể mang và truyền thông tin hình ảnh đơn giản. Khám phá này mang đến những khả năng mới cho lĩnh vực truyền thông quang học và truyền thông tin.
Trước đây, các xoáy thường chỉ được quan sát thấy trong nước và không khí, nhưng một nhóm nghiên cứu do Howard Milchberg tại Đại học Maryland dẫn đầu đã phát hiện ra rằng các cấu trúc xoáy tương tự cũng có thể được hình thành trong các chùm ánh sáng, gọi là các vòng xoáy. Trong cấu trúc này, các hạt ánh sáng (hoặc photon) xoắn và quay giống như các hạt không khí trong vòng khói.
Milchberg chỉ ra rằng với sự phổ biến ngày càng tăng của công nghệ tạo ra các xoáy trong ánh sáng, triển vọng ứng dụng của cấu trúc này là rất rộng. “Lĩnh vực này đang phát triển nhanh chóng và những ứng dụng mới của những cấu trúc này trong quang học đang được khám phá. Trong số đó, khả năng mang thông tin là một khía cạnh được đặc biệt quan tâm”.
Để hiện thực hóa vòng xoáy laser, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc tạo ra xung laser có hình dạng giống bánh rán và đặc tính quay của vòng khói bằng cách điều chỉnh chính xác cường độ và pha của ánh sáng.
Ánh sáng là sóng điện từ có pha xác định vị trí của từng phần sóng trong quá trình dao động của nó. Vì các xung laser này tồn tại dưới một phần triệu giây nên hình dạng và đặc điểm mong muốn chỉ có thể được tạo ra nếu được cung cấp một giá trị pha cụ thể tại một thời điểm cụ thể.
Trong quá trình thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loạt thấu kính, các tinh thể có gờ và một “bộ điều biến ánh sáng không gian” tương tự như một máy chiếu nhỏ để phát ra các xung laser. Khi các xung đi qua các thiết bị này và đến được máy dò, chúng có hình dạng của một chuỗi các vòng xoáy, được gọi là "chuỗi xoáy không thời gian". Vòng xoáy lớn nhất mà nhóm đã chế tạo bao gồm 28 vòng xoáy khác nhau.
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu mã hóa hình ảnh logo của họ thành một chuỗi thuộc tính vòng xoáy. Để chứng minh nguyên tắc, họ đã truyền thành công hình ảnh 16.384 pixel bằng chuỗi 16 xoáy. Tuy nhiên, họ dự đoán rằng trong những thí nghiệm khả thi trong tương lai, một sợi dây chứa 28 vòng xoáy sẽ là phương pháp hiệu quả hơn để truyền những lượng lớn thông tin trong thời gian ngắn.
Alan Willner thuộc Đại học Nam California cho biết, việc tạo ra những vòng xoáy giống như chiếc bánh rán bằng ánh sáng đòi hỏi độ chính xác cao và sự chú ý đến từng chi tiết. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã cung cấp một số hướng dẫn giống như “công thức” sẽ giúp tạo ra nhiều loại cấu trúc xoáy khác nhau hơn trong tương lai.
Hiện nay, các nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đang cố gắng thiết kế nhiều loại đèn có cấu trúc thú vị khác nhau để khám phá giá trị ứng dụng tiềm năng của chúng. Trong tương lai, các nhà khoa học sẽ mang đến nhiều đột phá mới hơn nữa về các loại đèn có cấu trúc khác nhau.
