Diffraction properties of lights with transverse orbital angular momentum
时空光学涡旋（STOV）是时空域中一种具有相位奇异性的光学涡旋，其中的光子可以携带横向轨道角动量（OAM）。STOV显示了许多值得探索的奇妙特性。本文从理论和实验两方面研究了STOV的衍射特性，这是一种基本的波动现象。横向OAM对STOVs的衍射行为有明显的影响。STOV脉冲经光栅衍射后的衍射图样呈现多瓣结构，每个间隙对应1个拓扑电荷。研究结果对理解STOV的物理特性具有重要的应用价值，如实现对不同拓扑荷的STOV的快速检测，为基于STOV的光通信奠定基础。
2022-01-29 physics.optics
Transverse orbital angular momentum: setting the record straight
本文纠正了关于时空光学涡旋脉冲横向轨道角动量的错误理论，强调共同瞬时与能量中心参考点的重要性，并指出唯一正确的经典场论框架。
2025-09-24 physics.optics
Generation of robust spatiotemporal optical vortices with transverse orbital angular momentum beyond $10^2$
理论与实验证明高阶时空贝塞尔光学涡旋（STBOVs）能稳定携带超过 $10^2$ 的横向轨道角动量，通过4f脉冲整形器逆向设计螺旋相位可控生成任意阶STBOV，且其稳定性随阶数增加而提升，为光子独特OAM的研究与应用奠定基础。
2021-08-30 physics.optics
Polarization-controlled evolution of light transverse modes and associated Pancharatnam geometric phase in orbital angular momentum
本文提出了一种简单、有效、快速的方法，从线偏振TEM $_{00}$激光束出发，产生任意线性组合的光轨道角动量本征态$\ell=\pm 2$。该方法利用了自旋到轨道的角动量转换能力的液晶基$q$板和鸽子棱镜插入在Sagnac偏振干涉仪。标称发电效率为100\%，仅受光学组件中的反射和散射损耗的限制。当输入光束的偏振庞加莱球上遵循闭合路径时，相关的Pancharatnam几何相位不变地转移到输出光束的轨道角动量状态。
2010-07-24 physics.optics
Transverse orbital angular momentum imparted upon focusing spatio-temporally coupled ultrashort pulses
本文研究聚焦系统赋予时空耦合超短脉冲横向轨道角动量的机制，给出随焦距和协方差变化的解析表达式，并提供了适用于任意传播距离的闭合形式解，涵盖椭圆ST涡旋与旋转脉冲等场型。
2024-02-27 physics.optics
Photonic Cyclone: spatiotemporal optical vortex with controllable transverse orbital angular momentum
今天，众所周知，光具有沿着传播方向的线性动量。此外，科学家们还发现，光可以具有角动量（AM），与圆偏振相关的自旋角动量（SAM）和由于方位角相关相位的轨道角动量（OAM）。尽管这样的角动量一般是纵向的，但与传播方向成横向的SAM已经开辟了各种关键应用[1]。相比之下，横向OAM的调查是相当罕见的，由于其复杂的性质。在这里，我们展示了一个简单的方法来产生一个三维（3D）的光学波包与可控的纯横向OAM。这样的波包是时空（ST）涡旋，其类似于前进的旋风，具有在空间和时间维度中流动的光能。与横向SAM相反，由光子旋流器携带的横向OAM的大小可以通过简单的调整缩放到更大的值。由于ST涡流在独特的横向维度上携带可控的OAM，因此它具有很强的潜力，可以用于其他可能不可能的新应用。该方案可适用于其它谱域和不同波场，为ST涡旋在更广范围内的研究和应用提供了巨大的机会。
2019-08-31 physics.optics
Transverse orbital angular momentum of amplitude-perturbed fields
本文实验测量了振幅扰动引起的光脉冲横向轨道角动量变化，验证了理论预测，并指出零总tOAM的高斯脉冲也可被诱导出净tOAM。
2025-02-25 physics.optics
Spin- and orbital-Hall effect in cyclic group symmetric metasurface
光具有自旋和轨道角动量（AM）。而自旋AM由圆偏振的螺旋度决定，轨道AM由涡旋光束的拓扑荷决定。AM与光束轨道的相互作用产生光学自旋霍尔效应或轨道霍尔效应，表现为光束的自旋相关或拓扑电荷相关的横向位移。AM的守恒使得能够实现自旋到轨道AM转换，其中圆偏振高斯光束被转换为具有拓扑电荷$\pm 2$的相反螺旋度圆偏振涡旋光束，这是通过自旋翻转控制空间光束轮廓的示例。然而，所得到的涡旋光束具有光束重心不变，与入射高斯光束相同，意味着零横向位移。在这里，我们介绍了一个循环群对称的超颖表面演示涡旋光束的产生表现出自旋相关的横向位移，即自旋和轨道霍尔效应，归因于根据循环群的顺序$n$的散射光束的动力学相位的改变，同时保持几何相位常数。通过自旋和轨道霍尔效应产生横向位移的自旋控制空间光束轮廓的能力对于利用轨道AM模分复用的光通信中的空间解复用以及对于涉及涡旋光束的光涡旋镊子和信号处理具有重要意义。
2016-08-17 physics.optics
Transverse linear and orbital angular momenta of beam waves and propagation in random media
对于标量波的傍轴传输，经典的电磁理论定义的横向线性（TLM）和轨道角动量（OAM）的光束波的相干函数表示。我们在例子中表明，既不是光学涡旋的存在是必要的内在OAM，也没有光学涡旋的存在保证非零的内在OAM。分析了均匀相干和扭曲部分相干光束的OAM。扭曲高斯光束具有固有的OAM，其每单位功率值可以通过改变扭曲参数而连续改变。使用抛物传播方程的相干函数，我们表明，总TLM和OAM是保守的自由空间传播，但不是在非均匀介质中的传播。在随机非均匀介质中，总的TLM和OAM在平均值上是守恒的，但OAM起伏随传输路径的增加而增加，对于旋转对称辐照度的光束，这种增加较慢。
2017-05-13 physics.optics
Transverse and longitudinal angular momenta of light
我们回顾了基本的物理和新颖的类型的光学角动量。我们首先从理论上概述了一般光场的动量和角动量特性，并讨论了实验测量方法。特别是，我们描述了众所周知的纵向（即，与平均动量对齐）自旋和轨道角动量。然后，我们专注于横向（即，正交于平均动量）自旋和轨道角动量，这是最近在理论上积极讨论并在实验中观察到的。首先，最近发现的横向自旋角动量出现在各种结构领域：倏逝波，干涉场，和聚焦光束。我们发现存在几种横自旋角动量，它们在起源和物理性质上有很大的不同。我们描述了横向光学自旋的非凡特征，并概述了最近的实验。特别地，边缘倏逝波中固有的与螺旋度无关的横向自旋在光学界面处提供了鲁棒的自旋方向耦合（光的量子自旋霍尔效应）。其次，我们概述了光的横轨道角动量，它可以是外在的和内在的。这两种类型的横向轨道角动量是由光束的空间移位产生的（例如，在光的自旋霍尔效应中）和它们的洛伦兹增强。我们的评论是基于正则动量和自旋密度的光的角动量的统一理论的基础上，避免了与分离的自旋和轨道角动量的坡印亭图片的并发症。它使我们能够构建全面的分类所有已知的光学角动量的基础上，他们的关键参数和主要的物理性质。
2015-06-30 physics.optics
Transverse orbital angular momentum of spatiotemporal optical vortices
本文研究了时空光学涡旋（STOVs）在自由空间传播时的横向轨道角动量（OAM），发现STOVs携带守恒的内禀横向OAM $γl/2ω_0$，并纠正了先前研究中公式的不准确性。
2023-07-03 physics.optics
Spin-orbit interaction of light induced by transverse spin angular momentum engineering
首次证明了倏逝波中的非寻常横向自旋角动量与涡旋光束中的内禀轨道角动量之间的直接相互作用。通过在基于微环的光学涡旋发射器中挖掘回音壁模式的倏逝波并设计其中携带的横向自旋态，预测了所发射的涡旋光束中的角动量的横向自旋到轨道转换。数值和实验研究的证明的原理演示这种非常规的自旋和轨道角动量之间的相互作用，这可能会提供新的可能性和限制的光学角动量操纵技术的亚波长尺度。这种现象进一步引起增强的自旋方向耦合效应，其中波导或表面模式被入射光涡旋单向激发，方向性由自旋轨道状态共同控制。我们的研究结果丰富了自旋-轨道相互作用现象，通过确定一个以前未知的路径之间的偏振和空间自由度的光，并可以使各种功能，如通信和量子信息处理中的应用，采用自旋和轨道角动量的光。
2017-09-28 physics.optics
Transverse energy flow and the "running" behaviour of the instantaneous field distribution of a light beam
已知傍轴光束的轨道角动量与表示电场光频振荡的瞬时场图案的旋转运动有关[arXiv：0812.0888; J.Opt.A：Pure Appl.Opt11，094004，（2009）]。现在这个结论是广义的：任何可识别的定向运动的瞬时2D模式的场振荡（“运行”行为的即时振荡模式）对应于横向能量流在实验上可观察到的时间平均场。横向轨道流密度可以被视为这种运行行为的自然几何和运动学特征。
2011-08-03 physics.optics
Controlling Photon Transverse Orbital Angular Momentum in High Harmonic Generation
本文首次研究由时空光涡旋脉冲驱动的高次谐波产生，揭示其独特的时空光谱结构，并提出利用双色反向自旋与反向涡旋脉冲调控谐波拓扑荷和光谱的方法。
2023-08-10 physics.atom-ph physics.optics
Radius of a Photon Beam with Orbital Angular Momentum
分析了带有轨道角动量的光束中Gouy相移的横向结构，表明表征横向结构的Gouy半径$r_G$随节数$p$和光子角动量数$\ell$的增加而增加，即$\sqrt{2p+|\ell|+1}$.的古伊半径示出是密切相关的根均方半径的光束，并确定远离焦平面的半径的发散。最后，我们分析了坡印廷矢量在Gouy半径的背景下的旋转。
2012-06-29 physics.optics
Spin and orbital Hall effects for diffracting optical beams in gradient-index media
研究了带有内禀自旋和轨道角动量的傍轴光束在梯度折射率介质中的演化。本文导出了曲线坐标系中光束随中心光线衍射的抛物型方程。梁的重心经历横向AM相关的偏转-自旋和轨道霍尔效应。自旋霍尔效应产生的光束作为一个整体的横向平移，在最近的几何光学的预测精确的协议。同时，轨道霍尔效应受到非均匀介质中衍射的显著影响，并伴随着内禀轨道AM的变化和光束的变形。
2009-01-07 physics.optics
Sorting light's radial momentum and orbital angular momentum with a parabola-like lens
Xiamen University（厦门大学）；Jiujiang Research Institute, Xiamen University（厦门大学九江研究院）
本文提出了一种抛物线状透镜，用于将光的轨道角动量和径向动量转换到抛物线的不同位置，从而实现对两种动量的区分和排序，为光学场的全横向动量表征提供了可能的途径。
2024-12-12 physics.optics
Comment on "Mode Structure and Orbital Angular Momentum of Spatiotemporal Optical Vortex (STOV) Pulses"
本文指出一篇STOV脉冲横向OAM研究论文存在数学错误与概念误读，澄清其计算结果仅为内禀贡献，且所用算符非厄米。
2024-03-01 physics.optics
Structured transverse orbital angular momentum probed by a levitated optomechanical sensor
本研究通过两束平行反向传播线偏振聚焦光束的干涉场生成携带本征横向轨道角动量（TOAM）的同旋向涡旋阵列，并利用光学悬浮硅纳米棒光力学传感器直接探测TOAM，为基础物理、光操控及量子光力学研究提供新方法。
2023-06-14 physics.optics quant-ph
Clarification of the transverse orbital angular momentum of spatiotemporal optical vortices
本研究澄清了时空光学涡旋（STOV）横向轨道角动量的争议，证明两项矛盾研究分别对应不同类型的椭圆STOV且均正确，指出时空对称STOV应参考PIER结果，并纠正了相关文献的归因错误。
2024-04-14 physics.optics
Transverse angular momentum in topological photonic crystals
在实空间中对结构光场的局域角动量进行工程化处理，可以在许多领域中实现前所未有的应用，特别是在动量空间中具有非平凡Berry涡旋的拓扑光子晶体中实现单向鲁棒输运。在这里，我们显示了横向角动量模式在硅拓扑光子晶体时，考虑横向电极化的强度。在具有横向自旋或轨道角动量的手征外激励下，在两个拓扑结构不同的硅光子晶体之间的几种急转弯界面中观察到了沿相反方向传播的强光流.在这两个光子晶体的边界处发现了一个具有交替符号拓扑荷的横轨道角动量模。此外，我们还发现，当自旋源的环尺寸或位置在一定范围内变化时，单向输运对工作频率具有鲁棒性，这也是宽带光子器件的优越性所在。这些发现使得利用横向角动量，一种自由度，实现单向鲁棒传输在电信领域和其他潜在的应用集成光子电路，如片上鲁棒延迟线。
2017-09-14 physics.optics
Transverse orbital angular momentum and polarization entangled spatiotemporal structured light
本文实验验证了横向轨道角动量不同时空拓扑荷间的正交性，并据此提出并表征了一类新型t-OAM与偏振纠缠的时空结构光，推动高维经典纠缠策略发展。
2025-02-07 physics.optics quant-ph
Orbital and spin current density backflow in unidirectional monochromatic electromagnetic fields in vacuum
Institute of Physics, University of Tartu（塔尔图大学物理研究所）；Estonian Academy of Sciences（爱沙尼亚科学院）；The Bradley Department of Electrical and Computer Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University（弗吉尼亚理工大学与州立大学布拉德利电气与计算机工程系）
本文研究了真空单色电磁波中Poynting向量能量反向流及其轨道和自旋电流密度成分，分析了线偏振、圆偏振等不同极化情况下的电磁场特性，发现自旋电流反向流异常显著。
2026-04-08 physics.optics
Nonreciprocal Transverse Photonic Spin and Magnetization-Induced Electromagnetic Spin-Orbit Coupling
本文研究了磁光波导介质中倏逝波的横向自旋角动量密度非互易位移。给出并分析了它们与电磁自旋动量和轨道动量的函数关系。结果表明，磁光陀螺性可以重新解释为单位能流的非互易电磁自旋密度位移，从而为磁光陀螺性提供了一个有趣的替代物理图象.在平板光波导中，横向自旋密度漂移与厚度有关。这种依赖性是可追溯到少数螺旋分量的横向自旋角动量的混合物。它还表明，横向自旋是磁可调的。本文给出了磁光介质中电磁自旋轨道耦合的一个表达式，并提出了一种非傍轴光学涡旋的自旋轨道耦合源。结果表明，在磁光介质倏逝波中，磁化诱导的电磁自旋轨道耦合是可能的，并导致自旋到轨道的角动量转换。
2016-07-03 physics.optics
Spin-orbit coupling within tightly focused circularly polarized spatiotemporal vortex wavepacket
自旋-轨道耦合和相互作用作为光场的本征特性已被广泛研究。以往的研究涉及到圆偏振携带的自旋角动量（SAM）和与光束截面内的螺旋相位波前相关的轨道角动量（OAM），其中SAM和OAM都与传输方向平行。本文研究了在紧聚焦条件下，时空光学涡旋（STOV）波包携带的纵向SAM和横向OAM之间的一种新型自旋轨道耦合。当圆偏振STOV波包被高数值孔径物镜聚焦时，会形成复杂的时空相位奇异结构。对于横向偏振分量，由于纵向SAM和横向OAM之间的耦合，相位奇点取向可以显著地远离横向方向朝向光轴倾斜。揭示了旋转量与波包时间宽度之间的关系。更有趣的是，时空相位奇异性结构的连续演化，从纵向到横向方向通过波包观察到的纵向偏振分量。这些奇异的自旋-轨道耦合现象在应用于光物质相互作用时，有望产生新的效应和功能。
2021-03-17 physics.optics
Spin-Orbit Coupling and the Evolution of Transverse Spin
我们研究了紧聚焦圆偏振光束中横向自旋的演化，其中自旋-轨道耦合导致偏振椭圆在通过焦体积传播时发生局部旋转。这种效应可以解释为圆偏振横向场和携带轨道角动量的纵向场之间的相对古伊相移。相应的旋转的电横向自旋密度的实验观察到利用最近开发的重建方案，它依赖于横向自旋相关的纳米探针的定向散射。
2019-05-29 physics.optics
Poincaré sphere symmetries in four-wave mixing with orbital angular momentum
本文研究铷蒸气中轨道角动量庞加莱球模式驱动的简并四波混频，揭示了输入输出模式角度间的明确规则，并通过实验验证了复杂场结构及近远场横向剖面转变。
2023-08-22 physics.optics
Polygonal Spatiotemporal Optical Vortices Wavepackets with Prescribed Vortex Structure
University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）；Westlake University（西湖大学）；Pusan National University（釜山国立大学）；Zhejiang Key Laboratory of 3D Micro/Nano Fabrication and Characterization, Department of Electronic and Information Engineering, School of Engineering, Westlake University（西湖大学工程学院电子信息工程系三维微纳加工与表征浙江省重点实验室）；Westlake Institute for Optoelectronics（西湖光电研究院）
本文提出并实验展示了具有预设涡旋结构的多边形时空光涡波包，通过时空全息成形方法实现对光涡几何和分布的精确控制。
2025-12-18 physics.optics
Spin-to-Orbital Angular Momentum Conversion in Semiconductor Microcavities
我们实验证明了一种利用平面半导体微腔产生携带轨道角动量的光束的技术。尽管是各向同性系统，但以半导体微腔为特征的横电-横磁（TE-TM）偏振分裂允许将入射激光束的圆偏振转换为透射光场的轨道角动量。这一过程意味着腔内光场形成了一对光学半涡旋，即拓扑实体。
2011-03-01 cond-mat.other physics.optics
Tuning Optical Orbital Angular Momentum in Optical Superlattice under Electro-optic Effect
介绍了一种利用电光效应产生和调节聚焦高斯光束通过光学超晶格的光学轨道角动量的新方法。在我们的计算中，轨道角动量（OAM）来自于偏振旋度。我们看到，调整外部电场、束腰半径和晶体长度提供了光在横截面上的OAM的显著变化。相信本发明将在光学操纵领域得到应用。
2011-08-26 physics.optics
Second-harmonic generation and the conservation of spatiotemporal orbital angular momentum of light
时空轨道角动量光场是近年来发现的一种结构化局域电磁场。该场具有时空螺旋相位结构和横向本征OAM。在这项工作中，我们提出了产生和表征的二次谐波的ST-OAM脉冲。我们揭示了在二次谐波产生过程中横向OAM的守恒性，其中基本场的时空拓扑电荷随着光频加倍。因此，我们的实验提出了一个一般的ST-OAM非线性标度规则-类似于传统的光OAM。此外，我们观察到，二次谐波ST-OAM脉冲的拓扑结构可以通过复杂的时空像散进行修改，从而产生在空间和时间上分离的多个相位奇点。我们的研究为携带ST-OAM的光的非线性转换和缩放开辟了一条新的途径，并有可能驱动其他次级ST-OAM电磁场源。
2021-05-23 physics.optics
Correlation-induced orbital angular momentum changes
我们证明了傍轴光束在自由空间中传输时，其轨道角动量通量密度会发生变化。这些变化完全是由于源的空间相干状态，其效果类似于光束的强度、光谱和偏振的相关诱导变化。使用的源相干态来控制的宽度，形状和横向位移的OAM通量密度的数值例子证明。
2020-05-04 physics.optics
Orbital Angular Momentum Transfer and Beam-Quality Limits in Fork-Grating Electron Diffraction
School of Physics and Engineering, ITMO University（ITMO大学物理与工程学院）
该研究分析叉形光栅产生电子涡旋束的OAM转移与光束质量极限，推导衍射级次OAM统计量，明确Hartree自场对传播轮廓的影响，为电子涡旋束的相关应用提供理论支撑。
2026-10-14 physics.optics quant-ph
Fine-tuning of orbital angular momentum in an optical parametric oscillator
研究了带轨道角动量的结构光泵浦的II型光学参量振荡器的动力学特性。不同的动力学制度的理论推导和实验证明，这取决于所施加的非线性介质的各向异性效应。在弱各向异性的制度，微调的轨道角动量转移是通过调整晶体参数。在强的各向异性下，轨道角动量转移是不可能的，并且观察到尖锐的动力学行为，在不同的横模之间具有突然的切换。
2019-06-28 physics.optics
Orbital angular momentum exchange in an optical parametric oscillator
本文研究了在第二类光学参量振荡器中，从泵浦光到下转换光的轨道角动量转移。腔和各向异性效应的研究和演示中发挥核心作用的横模动力学。虽然闲频光束可以在拉盖尔-高斯模式中振荡，但是晶体双折射在信号光束中诱导了阻止这种模式共振的光致变色效应。
2004-03-01 physics.optics
Ultrafast THz probing of nonlocal orbital current in transverse multilayer metallic heterostructures
该研究利用飞秒光激发产生的太赫兹发射，探测金属多层异质结构中的非局域轨道电流及轨道—电荷电流转换，并通过温度依赖测量区分轨道与自旋贡献。
2023-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Products of displaced Laguerre-Gaussian beams
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学理学院）；Universidad Politécnica Metropolitana de Hidalgo（伊达尔戈都会理工大学）
本研究通过分析 displaced 雷纳德-高斯光束乘积的传播特性，提出了一种预测横向旋转的方法，并展示了其在深度敏感光学成像中的应用潜力。
2026-02-07 physics.optics
Propagation Dynamics of Photonic Toroidal Vortices Mediated by Orbital Angular Momenta
本文结合仿真与实验研究横向及纵向轨道角动量介导的光子环形涡旋传播，揭示纵向轨道角动量引发涡旋线湮灭、重构并实现真空稳健传输。
2025-05-10 physics.optics
Probing the rotational spin-Hall effect in higher order Gaussian beams
光的自旋-轨道转换是非傍轴场中的一种动力学光学现象，导致自旋和轨道霍尔效应的各种表现。然而，自旋轨道相互作用（SOI）的影响还没有得到广泛的探讨高阶高斯光束携带没有内禀轨道角动量。实际上，由于其横向强度分布的方位角旋转，SOI对这种结构化光束的影响可以直接可视化-我们称之为旋转霍尔效应的现象。在本文中，我们表明，对于一个输入的圆偏振（右/左）$HG_{10}$模式，SOI导致一个显着的方位角旋转的横向强度分布的正交圆偏振（左/右）分量，和横向分量的纵向场强度相对于输入强度分布。通过将圆偏振的$HG_{10}$光束在光镊结构中聚焦，并在光镊输出端投射出相反的圆偏振分量和纵向场强的横向分量，验证了理论和数值模拟的实验结果.我们还测量了作为紧聚焦光的路径中的折射率对比度的函数的旋转移位，并且通常观察到成比例的增加。在这些情况下，增强的自旋-轨道转换可能会导致有趣的应用在诱导复杂的动力学在光学捕获的双折射粒子使用高阶高斯光束没有固有的轨道角动量。
2021-06-10 physics.optics
Measuring two-photon orbital angular momentum entanglement
我们提出了一种方法来估计下转换光子态的两体空间纠缠量的轨道角动量和横向（径向）波矢的大小相关。在我们的框架中，这两个自由度都得到了适当的考虑，它只需要方位角局部线性光学变换和模式选择分析与两个光纤探测器。我们的方法预测的符合分布给出了一个很好的适合在最近的实验中测量的分布，旨在显示从下转换源的双光子的非常高维的横向纠缠。我们对施密特数的估计要低得多，但仍然证实了高维纠缠的存在。
2007-04-13 physics.optics quant-ph
Orbital Motion From Optical Spin: The Extraordinary Momentum Of Circularly Polarized Light Beams
我们提供了一个生动的演示在自由空间中的光束的横向自旋动量的力学效应。坡印廷动量的这一部分以前被认为是虚的，不可测量的。在这里，它的效果是揭示在一个圆偏振高斯陷阱，在真空中的探测粒子的惯性运动。横向自旋力与热涨落相结合，引起了一系列引人注目的非平衡现象。随着光束功率的增加，我们观察到（i）能量均分的偏离越来越大，（ii）相干的热激发轨道的形成，最终，（iii）粒子从陷阱中射出。我们的研究结果补充和证实了最近的测量自旋动量倏逝波，并将其扩展到一个新的几何形状，在自由空间。在此过程中，我们展示了圆偏振光与物质的机械相互作用的基本的、一般的特征。这项工作还表明，如何观察的欠阻尼运动的探针粒子可以提供详细的信息的性质和形态的动量流在任意结构的光场，以及提供一个测试台的基本非平衡统计力学。
2018-06-28 physics.optics
Orbital angular momentum induced beam shifts
我们介绍了光学反射中轨道角动量（OAM）引起的光束位移的实验。具体来说，我们观察到的空间古斯-汉欣位移光束平行于入射平面和角度Imbert-Fedorov位移，这是一个横向的角度偏离几何光学预测。实验结果与我们的理论预测吻合得很好。这两个光束的位移增加与OAM的光束，我们已经测量了这些OAM指数高达3。此外，OAM将这两个移位耦合。我们的研究结果是重要的光学计量，因为与OAM光束已被广泛用于基础和应用研究。
2011-01-09 physics.optics
Optical momentum and angular momentum in complex media: From the Abraham-Minkowski debate to unusual properties of surface plasmon-polaritons
我们研究色散和非均匀各向同性介质中的单色光场的动量和角动量（AM）特性，使用亚伯拉罕和闵可夫斯基型的方法，以及动力学（坡印廷样）和正则（单独的自旋和轨道自由度）图片。动力学的亚伯拉罕-坡印廷动量描述波的能流和群速度，而闵可夫斯基型量，加上适当的色散修正，描述波携带的实际动量和角动量。动力学Minkowski型动量和AM密度与Philbin的唯象结果一致。使用正则自旋轨道分解，以前用于自由空间场，我们发现相应的正则动量，自旋和轨道AM的光在色散非均匀介质。这些获得类似于布里渊能量密度的非常自然的形式，并且对于任意结构的场是有效的。一般的理论应用到一个非平凡的例子，表面等离子体极化激元（SPP）波在金属真空界面。我们表明，SPP每个粒子的积分动量对应于SPP波矢，因此超过了光子在真空中的动量。我们还提供了第一个精确的计算的横向自旋和轨道AM的SPP。当内禀轨道AM消失时，横向自旋可以根据SPP频率改变其符号。重要的是，我们提出了宏观和微观计算，从而证明了一般唯象结果的有效性。微观理论还预测了金属中的横向磁化（即，SPP的磁矩）以及相应的直流磁化电流，这解释了亚伯拉罕和闵可夫斯基动量之间的差异。
2017-08-21 physics.optics
Spin and orbital angular momenta of acoustic beams
本文分析了均匀介质中单色声波场的自旋角动量和轨道角动量。尽管是纯纵向（无卷曲），非均匀声波一般具有非零自旋角动量密度所造成的局部旋转的矢量速度场。我们发现，局域声波的自旋积分消失与纵向声子的自旋为0的性质。我们还表明，螺旋度或手征密度消失相同的声场。作为一个例子，我们考虑非傍轴声学贝塞尔光束进行定义良好的整数轨道角动量，以及非零的本地自旋密度，与横向和纵向分量。我们描述了声贝塞尔光束中的非平凡偏振结构，并指出了一些可观察到的现象，如非零能量密度和一阶涡旋光束中心的纯圆横向偏振。
2019-05-03 physics.class-ph physics.optics
Scattering of inhomogeneous circularly polarized optical field and mechanical manifestation of the internal energy flows
基于Mie理论和两个平面波叠加的入射光束模型，数值分析了空间非均匀圆偏振傍轴光束中球形微粒散射场的动量通量。由于入射光束中的内能流的自旋部分，在瑞利散射区中出现了前向和后向散射动量通量之间的不对称性。计算了不同尺寸的电介质和导电粒子所受的横向有质动力，并确认了内能流的自旋和轨道部分所产生的机械作用的特殊性。特别是，横向轨道流施加的横向力，对于导电粒子为a^3，对于半径为a的介电亚波长粒子为a^6，符合场-粒子相互作用的偶极机制;在这两种情况下，与自旋流相关的力表现为a^8，这证明了非偶极机制。所得结果可用于光场中内能流自旋和轨道部分的实验鉴别和分离研究。
2012-05-24 physics.optics
Generation of Coherent Extreme-Ultraviolet Radiation Carrying Orbital Angular Momentum
提出了一种产生携带轨道角动量的强相干极紫外光束的有效方案。光由高增益谐波产生自由电子激光（FEL）产生，使用具有横向阶梯状相位图案的激光脉冲作为种子。在放大期间，衍射和模式选择将辐射分布驱动到处于饱和的主导OAM模式。种子激光在260纳米，千兆瓦的功率水平，获得接近软X射线的波长。与其他提出的方案相比，我们的方法是强大的，更容易实现，并可以集成到现有的自由电子激光设施，而无需大量修改的机器布局。
2013-12-20 physics.optics
Generation of $γ$-photons and pairs with transverse orbital angular momentum via spatiotemporal optical vortex pulse
通过强 STOV 脉冲与高能电子束正面碰撞产生具有 TOAM 的准直 $γ$ 光子与粒子对，揭示了 TOAM 在质心系和实验室系中的守恒与二象性规律，并探讨了其在光通信、天体物理和纳米材料等领域的应用潜力。
2024-03-25 hep-ph physics.optics quant-ph
Generating X-rays with orbital angular momentum in free-electron laser oscillator
短波长自由电子激光产生的轨道角动量（OAM）光束作为一种重要的光源在许多领域和应用中引起了人们的广泛关注。本文提出了一种利用X射线自由电子激光振荡器（XFELO）产生强相干OAM光束的方法。我们使用布拉格晶体作为反射器以及模式选择器，在纵向和横向模式，这使得指定的谐振偏差，最大化的单通增益的高阶OAM模式的兴趣。这可以允许在典型的XFELO配置中放大和饱和OAM光束。结果表明，在不使用任何外部元件如光模转换器或椭圆偏振波荡器的情况下，可以产生150~ $μ$ J的完全相干的硬X光脉冲。这种简单直接的方法为进一步定制X射线自由电子激光振荡器的横模工作奠定了基础。
2020-07-17 physics.acc-ph physics.optics
Relativistic Spin-Orbit Interactions of Photons and Electrons
实验室光学通常处理单个参考系中的单色光光束，由于光的自旋和轨道自由度之间的耦合而表现出许多自旋-轨道相互作用现象。类似的现象也出现在电子和其他自旋粒子上。本文研究了在不同参考系之间，携带自旋和轨道角动量（AM）的近轴光子和相对论电子态在洛伦兹增强作用下的变换。我们表明，横向助推不可避免地产生一个相当不平凡的转换从自旋轨道AM。然后将转换的部分在本征（涡旋）和非本征（横向位移或霍尔效应）贡献之间分离。虽然自旋、本征轨道和外轨道部分都指向不同的方向，但这种复杂的行为对于粒子总AM的正确洛伦兹变换是必要的。相对论自旋轨道相互作用在涉及光子、电子和其他相对论自旋粒子的散射过程中以及研究快速运动物体发出的光时可能很重要。
2018-01-28 physics.optics quant-ph
Rutherford scattering of electron vortices
通过考虑圆柱对称的平面波的推广，屏蔽库仑散射的第一玻恩近似展开散射问题中的两个新的维度：入射光束的横向动量和轨道角动量。本文用解析方法计算了入射贝塞尔光束的弹性库仑散射振幅。这揭示了当入射光束被正确准备时，广角散射发生的新特征。结果成功地推广了著名的卢瑟福公式，将横向和轨道角动量的形式主义。
2014-04-01 physics.optics quant-ph
Orbital and spin components of the angular momentum of a general electromagnetic field
得到了经典电磁场的角动量分解为轨道分量和自旋分量，这是明显的规范不变的和一般的。这是通过利用亥姆霍兹定理将电场分解成其纵向和横向部分来完成的。任何特定电磁场的角动量的轨道和自旋分量都可以从这个公式中找到。
2006-09-05 physics.class-ph physics.optics
Orbital angular momentum spectrum of Bessel-Gaussian modes, as generated by spontaneous parametric down-conversion
研究了高斯泵浦光自发参量下转换产生的贝塞尔-高斯模式谱。这是通过首先推导出一个一般表达式的真实概率检测特定的横向空间模式的光子对中产生的自发参数下转换过程。这些表达式适用于与共线简并下转换光束进行I型相位匹配的贝塞尔-高斯模式。结果表明，在一定条件下，Bessel-Gaussian模可以得到较宽的轨道角动量谱。
2012-01-06 physics.optics quant-ph
Degenerate Perturbation Theory Describing the Mixing of Orbital Angular Momentum Modes in Fabry-Pérot Cavity Resonators
我们提出了一个解析微扰理论，扩展了一个共同的圆柱对称稳定的光学谐振腔的傍轴近似，并纳入了差分，偏振相关的布拉格反射镜的反射率。具有不同的轨道角动量（OAM）和偏振，但相同的横向阶数N的拉盖尔-高斯模式的简并性将在足够小的尺寸和高精细度下变得显著提升。由此产生的傍轴本征模具有两个不同的OAM组件，分数组成微妙地取决于镜结构。
2009-01-02 physics.class-ph physics.optics
Engineering of orbital angular momentum spectrum of down-converted photons with mode-invariant pump
本文研究了参量下转换过程中光子的轨道角动量谱。我们研究了泵浦模式的横向轮廓如何影响光谱相比，高斯泵浦光束。结果表明，采用理想涡旋模作为泵浦光，可以使光谱得到很大的压缩。在轨道角动量基下，我们进一步研究了两个下转换光子之间的纠缠。我们观察到，纠缠在拉盖尔-高斯模式的光子表现出更大的高维纠缠。
2019-05-07 physics.optics quant-ph
