الدوامة الضوئية، المعروفة أيضًا باسم الدوامة الكمومية الضوئية، أو خلع اللولب أو تفرد الطور، وهي صفر من المجال البصري، ونقطة من الشدة الصفرية، ويستخدم المصطلح أيضًا لوصف شعاع من الضوء يحتوي على مثل هذا الصفر، حيث تُعرف دراسة هذه الظواهر باسم علم البصريات المفرد.
دوامة بصرية في فيزياء الكم
- في الدوامة الضوئية، يلتوي الضوء مثل المفتاح حول محور حركته؛ وبسبب الالتواء، تلغي موجات الضوء في المحور نفسه بعضها البعض، وعند الإسقاط على سطح مستوٍ، تبدو الدوامة الضوئية مثل حلقة من الضوء، مع وجود ثقب مظلم في المنتصف.
- تُعطى الدوامة رقمًا يسمى الشحنة الطوبولوجية، وفقًا لعدد التواءات التي يحدثها الضوء في طول موجي واحد. الرقم دائمًا عدد صحيح، ويمكن أن يكون موجبًا أو سالبًا، حسب اتجاه الالتواء، فكلما زاد عدد الالتواء، زادت سرعة دوران الضوء حول المحور.
- يحمل هذا الدوران زخمًا زاويًا مداريًا مع قطار الموجة، وسيؤدي إلى عزم دوران على ثنائي القطب الكهربائي، ويختلف الزخم الزاوي المداري عن الزخم الزاوي المغزلي الأكثر شيوعًا، والذي ينتج استقطابًا دائريًا.
- يمكن ملاحظة الزخم الزاوي المداري للضوء في الحركة المدارية للجسيمات المحاصرة، حيث يكشف التداخل في دوامة بصرية بموجة ضوئية مستوية عن الطور اللولبي على شكل حلزونات متحدة المركز، إذ أن عدد الأذرع في اللولب يساوي الشحنة الطوبولوجية.
- تتم دراسة الدوامات الضوئية عن طريق تكوينها في المختبر بطرق مختلفة، حيث يمكن أن تتولد مباشرة في الليزر، أو يمكن لف شعاع الليزر في دوامة باستخدام أي من الطرق المتعددة، مثل الصور المجسمة التي يتم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر، أو هياكل تأخير الطور اللولبي، أو الدوامات ثنائية الانكسار في المواد.
- التفرد البصري هو صفر من المجال البصري، حيث تدور المرحلة في الحقل حول هذه النقاط ذات الشدة الصفرية مما يؤدي إلى ظهور اسم دوامة، وتعرف الدوامات هي نقاط في حقول وخطوط ثنائية الأبعاد في حقول ثلاثية الأبعاد؛ لأنها تحتوي على الرمز الثاني.
