“光学旋转体”是研究人员创造的术语，用来描述一种新发现的光结构。

光束可以被塑造成螺旋状的形状，被称为光学涡流，今天被用于各种应用中。哈佛大学John a . Paulson工程与应用科学学院（SEAS）的应用物理学家们突破了结构光的界限，报道了一种新型的光学涡旋光束。这种光束不仅在传播过程中扭曲，而且在不同的区域以不同的速率变化，形成独特的图案。它的行为类似于自然界中常见的螺旋形状。

根据经典力学，研究人员将他们从未展示过的光漩涡称为“光学旋转体”，以描述光的螺旋形状上的扭矩如何逐渐变化。在牛顿物理学中，“旋转体”指的是物体上的扭矩随时间的变化率。

光学旋转体是在Robert L.Wallace应用物理学教授、SEAS电气工程高级研究员费德里科·卡帕索（Federico Capasso）的实验室中创建的。卡帕索说：“这是一种新的光行为，由在空间中传播并以不同寻常的方式变化的光涡旋组成。它可能对操纵小物质有用。”这项研究发表在《科学进展》上。

光与大自然的螺旋相呼应

在一个奇特的转折中，研究人员发现，他们的轨道角动量携带光束以一种数学上可识别的模式增长，这种模式在自然界中随处可见。与斐波那契数列（因《达芬奇密码》而闻名）类似，它们的光学旋转体以对数螺旋的方式传播，在鹦鹉螺的壳、向日葵的种子和树枝上都能看到。

“这是这项研究意想不到的亮点之一，”第一作者艾哈迈德·多拉（Ahmed Dorrah）说，他曾是卡帕索实验室的研究助理，现在是埃因霍温理工大学的助理教授。“希望我们能激励其他应用数学专家进一步研究这些光模式，并对它们的普遍特征获得独特的见解。”

通过元表面进行更多控制

这项研究建立在之前的工作基础上，在之前的工作中，该团队使用了超表面，一种蚀刻有光弯曲纳米结构的薄透镜，来制造一束在其传播路径上具有可控偏振和轨道角动量的光束，将任何光的输入转换为其他结构，这些结构随着它们的移动而变化。现在，他们给他们的光引入了另一个自由度，在这个自由度中，他们也可以在光传播时改变它的空间扭矩。

卡帕索实验室的研究生、这项研究的合著者阿方索·帕尔米耶里（Alfonso Palmieri）说：“我们展示了更多的控制功能，我们可以持续地做到这一点。”

这种奇特光束的潜在用途包括通过引入一种新型的力来控制非常小的颗粒，比如悬浮中的胶体，这种力与光的不同寻常的扭矩相一致。它还可以实现精确的光学镊子，用于微小物体的微观操作。

虽然其他人已经用高强度激光和笨重的装置展示了变矩光，但哈佛大学的研究小组用单个液晶显示器和低强度光束制造了他们的光。通过展示他们可以在工业兼容的集成设备中创建旋转体，他们的技术成为现实的门槛比以前的演示要低得多。

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