扭曲光束！物理學家們成功把光打結，研究中間奇怪的「洞」！

利用一種新的全息技術，研究人員已經能夠扭曲和操縱一束激光，把它打成結，創造出複雜的三維光結構。為什麼?當然是研究周圍空間的變化。

它涉及到操縱所謂的兩極分化。

在我們看來，一束激光看起來像在直線上運動。但是光粒子——光子——在它們傳播的過程中會發生非常細微的振動。在這個特殊的實驗中，激光以橢圓運動振動。

兩極分化指的是這種振動的方向，極化的材料，如太陽眼鏡，阻擋光子在特定的方向震蕩。

對於太陽鏡來說，這是水平的，這意味著它們可以阻擋從平面反射過來的光線(直接來自太陽的光線是不極化的，這樣光線就不會被阻擋)。但是如果你把它們取下來，旋轉90度，它們就會擋住其他的角。

偏振光是沿一定角度振蕩的光。而且，通過使用全息圖來塑造光束，控制光束的強度和相位，團隊將光束扭曲成各種各樣的結。

「我們都很熟悉鞋帶或絲帶等有形物質上的結。布里斯托爾大學物理學院和伯明翰大學物理與天文學院的物理學家馬克·丹尼斯解釋說:「一種叫做『繩結理論』的數學分支可以通過計算這些繩結的環和交叉點來分析這些繩結。」

然而，有了光，事情就變得有點複雜了。它不只是一個像線一樣的光束被打結，而是它運動的整個空間或「場」。從數學角度看，這不是一個有趣的結，而是圍繞它的空間。場的幾何性質和空間性質稱為它的拓撲。

被打結的結構之間的空間形成了一種被稱為"塞菲特表面"的地方，在光線中製造出了複雜的結構，形成了一種新的研究方式。

為了創造他們的打結結構，研究小組使用全息圖來創造所謂的偏振奇點，這是物理學家約翰·奈在1983年首次描述的。這就是光子的振蕩變成圓的地方，其他的偏振光圍繞著它。

當它們在三維空間中發生時，這些奇點沿著線發生，這個團隊用來創造各種各樣的結——比以前用光創造的結要複雜得多。

研究人員說，他們創造了Hopf鏈環、三葉結、五葉結和數字8節——所有這些都具有超過任何傳統的極化奇點重建的複雜性。

他們還可以用一種叫做seiferometry的方法對Seifert表面進行細緻的分析，Seifert是用來研究極化極化奇點周圍的極化橢圓的表面結構的。

他們發現真實世界的表面比數學預測的有更多的洞。但他們也開闢了研究這些表面的新途徑。

他們在論文中寫道:「我們的方法可能會開發出用於生成和描述更複雜的光學結構的方案，這些結構具有基礎或應用價值。」

「儘管我們複雜的設備可以產生高度可定製的結構，但它也有可能通過常規的製造偏振奇異點的設備被縮小。」這種裝置可以用來產生更簡單的結構，減少像差，這對應用是可行的。

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