ممکن است در آینده نه چندان دور شاهد این باشیم که پرتوهای اپتیکی خمیده به منظور هدایت پلاسمای غلیظ و یا دستکاری ذرات کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرند. تا کنون محققان این نوع پرتوهای «خود شتاب گیرنده» را تحت شرایط محدودی مطالعه کرده‌اند. معمولا این پرتوها در شرایط تقریب پیرامحوری بررسی می‌شوند: یعنی برای اینکه همه چیز به درستی کار کند، پرتوها باید به شکل تدریجی خم شده و از محور انتشار نیز فاصله زیادی نگیرند، چرا که در غیر این صورت به شدت تضعیف می‌شوند. اخیرا گزارش‌هایی مبنی بر استفاده از این پرتوهای خمیده بدون نیاز به تقریب پیرامحوری توسط دو گروه مجزا در فیزیکال ریویو لترز (Physical review Letters) چاپ شده است.

ژانگ و همکاران- فیزیکال ریویو لترز 2012

می‌دانیم که پرتوهای غیر محوری در صورتی که دارای نیمرخ شدت خاصی باشند می‌توانند نشان دهنده پاسخ‌های دقیق معادله هلمهولتز باشند. اما این نوع پرتوها فقط می‌توانند در امتداد مسیرهای دایروی حرکت کنند. پنگ ژانگ (Peng Zhang) و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا برکلی با استفاده از محاسبات نظری و آزمایش‌های تجربی نشان داده‌اند که دو نوع پاسخ دقیق دیگر نیز برای معادله هلمهولتز وجود دارد. یکی از این پاسخ‌ها «پرتوهای شتاب گیرنده متیو (Mathieu)» نام دارد که در امتداد مسیرهای بیضوی منتشر می‌شوند (پرتوهای غیر محوری دایروی نیز حالت خاصی از این نوع پرتوها به شمار می‌روند) و پاسخ دیگر «پرتوهای شتاب گیرنده وبر (Weber)» است که در امتداد مسیرهای سهموی انتشار می‌یابند. هنگامی که این پرتوها خودشان را حول مسیرهای مذکور خم می‌کنند، در مقابل تضعیف ناشی از پراش نیز مقاومت می‌کنند. ژانگ و همکارانش برای خلق چنین پرتوهایی، نیمرخ شدت را برای یک پرتوی لیزر با استفاده از مدول‌گری که توسط کامپیوتر کنترل می‌شود اصلاح کردند. آن‌ها سپس ماهیت خود ترمیمی این پرتوها را با مسدو کردن بخشی از مسیر آن‌ها به وسیله تعدای مانع و تماشای به هم پیوستن مجدد این پرتوها در ادامه مسیرشان نمایش دادند.

در گزارش مستقلی که توسط پزیناز آل‌احمد (Parinaz Aleahmad) و همکارانش از دانشگاه فلوریدای مرکزی در اورلاندو ارائه شده است، معادله هلمهولتز بر حسب پتانسیل‌های برداری مغناطیسی و الکتریکی بازنویسی گردیده است. آن ها با استفاده از این رهیافت کاملا برداری به طور نظری و تجربی وجود پرتوهای دو بعدی را که روی مسیرهای بیضوی حرکت می‌کنند و بدون پراش هستند نمایش می‌دهند. آل‌احمد و همکارانش همچنین نشان می‌دهند پاسخ‌هایی سه بعدی برای معادله هلمهولتز وجود داردکه به جبهه‌های موج کروی اشاره اجازه انتشار و خمش تحت شرایط خاص را می‌دهد.

منبع:http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.109.203902

مراجع:http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i19/e193901

http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i20/e203902