大多数基础物理教科书用相当简单的术语描述激光：光束从一点直接传播到另一点，除非它碰到镜子或其他反射表面，否则它将继续沿着箭头的直线路径传播。由于波浪的性质。但是这些基本规则被高强度激光所消灭。
在适当的条件下，强大的激光束会充当自己的透镜，并“自聚焦”成更加紧凑和密集的光束。马里兰大学的物理学家发现，这些自聚焦激光脉冲也会产生强烈的光能漩涡，这与烟圈非常相似。在这些被称为“时空光学涡旋”的环形光学结构中，光能从环的内部流过，然后环绕外部。
涡旋以激光脉冲的速度沿着光速传播，并控制其周围的能量流。新发现的光学结构描述在2016年9月9日出版的《物理评论X》杂志上。
研究人员将激光烟环命名为“时空光学漩涡”或STOV。在适当的条件下，光结构无处不在，使用任何强大的激光都可以轻松创建。该团队强烈怀疑STOV可以解释几十年来高强度激光研究领域的异常结果和无法解释的效应。
“激光已经被研究了几十年，但事实证明STOV一直就在我们的眼皮底下，”UMD大学物理学、电气和计算机工程教授、该研究论文的高级作者Howard Milchberg说。他还在UMD的电子和应用物理研究所(IREAP)做了一个任命。“这是一种一直存在的强大的自发功能。这种现象在过去30年里在我们的领域里发生了很多。”
更传统的空间光学涡旋在之前的研究中已经为人所熟知——主要是“轨道角动量”(OAM)涡旋，在这种涡旋中，光能围绕光束传播的方向循环，就像水从脸盆中倒出时围绕着涡旋旋转一样。因为这些涡电流会影响中央光束的形状，所以已经证明它们在高分辨率显微镜等高级应用中是有用的。
“自20世纪90年代末以来，人们一直在研究传统的光学涡旋，将其作为改进电信、显微镜和其他应用的方法。通过在光本身中创建小结构，这些漩涡允许你控制什么被照亮，什么不被照亮，”该论文的主要作者Nihal Jhajj说，他是在IREAP进行研究的物理学研究生。
“我们发现的烟环涡旋可能比以前已知的光学涡旋有更广泛的应用，因为它们具有时间动力学，这意味着它们随着光束移动，而不是保持静止，”Jhajj补充道。"这意味着这个环可能有助于操纵接近光速的粒子."
Jhajj和Milchberg承认需要做更多的工作来理解STOV，包括它们的物理和理论意义。但是他们对STOV发现后基础激光研究的新机遇感到特别兴奋。
“我们看到的所有证据表明，STOV教是普遍的，”Jhajj说。“现在我们知道要寻找什么，我们认为观察通过介质传播的高强度激光脉冲而不是看到STOV就像观察河流而不是看到漩涡和潮流一样。”
最后，STOV可能有有用的实际应用，比如更传统的应用。例如，OAM涡流已经被用于设计更强大的受激发射损失(STED)显微镜。STED显微镜的分辨率远高于传统的共焦显微镜，部分原因是由于光学涡旋提供了精确的照明。
由于其与中央光束一起以光速传播的潜力，STOV在技术应用方面可能具有不可预见的优势，包括扩大光纤通信线路有效带宽的可能性。
“STOV不仅仅是激光束的旁观者，就像天使的光环一样，”米尔奇伯格解释道，并指出STOV可以控制中心光束的形状和能量流。“这更像是一个电动的天使光环，能量在光环和天使的头部之间来回射击。我们都很高兴看到这个发现未来会给我们带来什么。”
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