רצועת Möbius לאור נוצרה על ידי חוקרים בארה"ב. האור שנע סביב המיקרו-תהודה בצורת הטבעת חוזר לתצורה המקורית שלו רק לאחר ביצוע שתי לולאות של המכשיר. המתואר כראשון, המכשיר תוכנן ונבנה על ידי שיואן לו במכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה במרילנד ועמיתיו - וזה יכול לשמש ליצירת טכנולוגיות אופטיות חדשות.
רצועת Möbius היא מבנה טופולוגי ייחודי שניתן ליצור על ידי הכנסת טוויסט בודד לרצועת נייר ולאחר מכן הדבקה של שני הקצוות יחד ליצירת לולאה. ציור קו לאורך פני הרצועה כרוך בהליכה לאורך שני צידי הרצועה לפני ההגעה לנקודת ההתחלה - מעבר פעמיים סביב מרכז הלולאה.
במחקר שלהם, הצוות של לו הראה כיצד אותה טופולוגיה יכולה ליצור עבור גלי אור הנעים סביב מוליכי גל זעירים בצורת טבעת (הנקראים מיקרו-תהודה) שיש להם מצבי גלריה לוחשת (WGMs). גלריית לוחשות היא מבנה עגול או דומה המשקף קול או אור מספר פעמים כך שהוא מסתובב בגלריה וחוזר למקום מוצאו. מקור השם בגלריה בצורת טבעת מתחת לכיפת קתדרלת סנט פול בלונדון, שבה דובר יכול לשמוע את קולו שלו לאחר שהשתתקף מספר פעמים סביב קיר עגול.
ערכים שלמים
כאשר מתרחש WGM במיקרו-תהודה אופטי, השלב של השדה החשמלי הקשור לאור המסתובב ישלים מספר שלם של תנודות לפני שיחזור לאותו ערך כאשר האור יחזור לנקודת ההתחלה. כתוצאה מכך, לאור ב-WGM יש ערכים שלמים של תנע זוויתי.
במחקרים קודמים, לו ועמיתיו יצרו מיקרו-תהודה WGM עם ומספר זוגי של חריצים דמויי שיניים רגילים בצד הפנימי של הטבעת. זה יצר גביש פוטוני, שהשפיע להאט את התקדמות האור סביב הטבעת בפקטור של עשר. זה איפשר לצוות לתפעל עוד יותר את האור.
טבעת מחורצת
איך לסובב אור לרצועת מוביוס
במחקר האחרון שלהם, החוקרים יצרו מספר מוזר של חריצים לטבעת דומה. הטבעת עצמה עשויה מסיליקון ניטריד, בקוטר של 50 מיקרון ובעלת 333 חריצים. התוצאה היא שלאור שמסתובב בלולאה יש ערכי חצי שלם של תנע זוויתי. המשמעות של 333 החריצים הייתה שהתנע הזוויתי של האור היה קיים בכפולות של 333/2. יתר על כן, האור חייב להקיף את הלולאה פעמיים לפני שיחזור לשלב השדה החשמלי המקורי שלו. בעודו הולך בנתיב זה, כיוון השדה החשמלי של גל האור עקבה אחר המבנה הטופולוגי של רצועת מוביוס עשויה מנייר.
הצוות של לו הצליח לאפיין את מצבי האור במיקרו-תהודה שלהם על ידי התבוננות באור שמתפזר החוצה מהטבעת. עבור המצב הבסיסי של המכשיר, נצפתה נקודה בהירה אחת על הטבעת. נצפו גם מצבים גבוהים יותר, המאופיינים במספרים אי-זוגיים של כתמים: שלוש, חמש, שבע ותשע. זה בניגוד למיקרו-תהודה הקודם שלהם, שהיה לו מספר זוגי של שיניים והיה לו מספר זוגי של נקודות בהירות.
מתאר את עבודתם ב מכתבי סקירה פיזית, החוקרים אומרים שאור עם תנע זוויתי חלקי שנוצר על ידי המכשיר שלהם יכול למצוא שימוש במגוון יישומי חישה וטרולוגיה, אופטיקה לא ליניארית ואלקטרודינמיקה קוונטית של חלל.
