Conservation of orbital angular momentum in air core optical fibers
光的轨道角动量（OAM）是圆柱对称介质中的守恒量;然而，它很容易被自由空间湍流或光纤弯曲破坏，因为各向异性扰动会产生角动量。我们观察到，即使在存在强弯曲扰动的情况下，OAM的守恒，具有空气芯的光纤适当地塑造了模态态密度。类似于旋转陀螺的稳定性随着角速度的增加而增强的经典推理，这些状态的寿命随着OAM幅度而增加。因此，与系统的基态是最稳定的传统智慧相反，空芯光纤中的OAM寿命随着模阶数而增加。借助于这个基本量的守恒，我们证明了12个不同的高阶OAM模式的光纤传播，其中8个保持低损耗和>98%的纯从近简并耦合后公里长度的传播。第一次实现长寿的高阶OAM状态，到目前为止假设主要存在于真空中，是实现在实际距离上基于更高维OAM的经典和量子通信的必要条件。
2014-12-04 physics.optics
A tutorial on the conservation of momentum in photonic time-varying media
时变媒体打破了时间对称性，同时保持空间对称性不变。因此，它代表了一个很好的概念框架，调查的基本含义的诺特定理的电磁场。与此同时，解决随时间变化的介质中的动量守恒揭示了亚伯拉罕-闵可夫斯基的辩论，其中两种相反形式的电磁场动量进行了辩护。在这里，我们提出了一个教程回顾在随时间变化的媒体动量守恒。我们通过三种独立的方法证明了闵可夫斯基动量是一个守恒量，这些方法的复杂性不断增加：（i）通过在时间边界上应用麦克斯韦方程组的边界条件，（ii）测试运动常数并推导出守恒定律，以及（iii）在电磁场拉格朗日理论的框架内应用时间和空间平移。每种方法都提供了对问题的不同和互补的见解。
2023-01-09 physics.optics
Polarization, transverse shifts, and angular momentum conservation laws in partial reflection and refraction of an electromagnetic wave packet
本文研究了偏振傍轴高斯光束在两种透明介质交界面上的部分反射和折射问题。计算了反射光束和折射光束重心的Fedorov-Imbert横向位移。在一般情况下，我们的结果不同于其他作者以前得出的结果。特别地，它们服从光束的总角动量的一般守恒定律，但不服从Onoda等人提出的单个光子的单粒子守恒定律。93，083901（2004）]。我们确定，这些情况涉及到在文献中接受的人工模型的偏振光束不适合真正的光束。本文解决了最近的争议，并证实了我们以前的论文[Bliokh等人，物理修订版信函96，073903（2006）]。此外，还预测了反射光束和折射光束的角横向位移的衍射效应。
2007-04-18 physics.optics
Observation of Anomalous Orbital Angular Momentum Conservation in Parametric Nonlinearity
本文报道了参量上转换中泵浦光和信号光均无净OAM而和频光却携带OAM的反常现象，并证明缺失的相反符号OAM隐藏在残余泵浦光中，从而深化了对非线性系统中OAM守恒规则的理解。
2022-10-27 physics.optics
Consistent formalism for the momentum of electromagnetic waves in lossless dispersive metamaterials and the conservation of momentum
利用波包积分技术，提出了一种新的计算超材料中电磁动量和机械动量的方法。该介质具有巨大的质量密度，因此可以被认为是几乎静止的入射电磁波。在无损色散超材料中（包括阻抗匹配和与真空失配的情况），利用该方法可以清楚地识别动量密度和动量流，包括它们的电磁和力学部分。研究发现，电磁动量密度与机械动量密度的比值取决于超材料内部电磁波的阻抗和群速度。其中一个明确的结果是，超材料中的电磁动量和机械动量都与能量流的方向相同，而不是波矢的方向。验证了总动量守恒。此外，还利用电磁能量密度和电磁功率密度的波包积分验证了垂直入射过程中的能量守恒定律，其中电磁功率密度是由感应（极化）电流与电磁波相互作用引起的。
2011-03-21 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
Scaling law from orbital angular momentum conservation in harmonic and high-order harmonic generation driven by spatiotemporal light fields
Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；Instituto de Fusión Nuclear “Gillermo Velarde”, Universidad Politécnica de Madrid (ETSII)（马德里理工大学（ETSII）核聚变研究所“吉列尔莫·贝尔德”）；Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学）
研究揭示了在时空光场驱动下，轨道角动量守恒的普遍缩放规律，突破了传统拉格朗日-高斯光束的限制，解释了高阶谐波生成中复杂现象的成因。
2026-03-09 physics.optics
The Role of Conservation Principles in the Abraham--Minkowski Controversy
亚伯拉罕-闵可夫斯基争议是指长期无法充分解决涉及线性电介质中电磁场动量守恒的某些问题。我们应用通常的假设，一个物质子系统，耦合到电磁子系统，使总能量和总动量守恒。然后我们从总能量密度和总动量密度构造总能量-动量张量。将守恒原理应用于总能量动量张量，构造了张量能量动量连续性方程.我们表明，张量能量-动量连续性方程的组成部分之一，能量连续性方程，显然是假的。我们的结论是亚伯拉罕-闵可夫斯基的争议是无法解决的，因为现存的守恒原理是不一致的，在一个简单的线性电介质。
2016-04-06 physics.class-ph physics.optics
Conservation of a Half-Integer Angular Momentum in Nonlinear Optics with a Polarization Möbius Strip
能量、线动量和角动量的对称性和守恒定律在物理学中起着核心作用，特别是在非线性光学中。最近，具有非平凡拓扑结构的光场，如偏振莫比乌斯带或环面结光束，已经被揭开。它们不能与轨道和自旋角动量（OAM和SAM）的明确定义的值相关联，但在协调旋转下是不变的，即由广义角动量（GAM）算符产生的旋转对称性，OAM和SAM算符的混合。与整数值OAM和SAM不同，GAM可以具有任意值，并提出了它在非线性光学过程中的守恒性问题。通过驱动高次谐波产生与偏振莫比乌斯带和实施新的OAM表征方法在XUV范围内，我们实验观察的GAM的守恒，每个谐波携带一个精确的半整数GAM电荷等于基本字段乘以谐波阶数。因此，GAM被揭示为适当的量子数来描述由包含拓扑偏振奇异性的光场驱动的非线性过程。
2022-09-02 physics.atom-ph physics.optics
Conservation of angular momentum in second harmonic generation from under-dense plasmas
光束的自旋和轨道角动量是两个相互独立的参量，对机械物体的运动有着不同的影响。然而，当具有角动量的激光束与等离子体相互作用时，可以观察到自旋和轨道角动量之间的相互作用。在这里，我们通过测量在欠密等离子体中产生的二次谐波2ω辐射的螺旋相位，利用已知的自旋和轨道角动量泵浦光束，验证了光子的总角动量守恒，并观察到自旋到轨道角动量的转换。通过分析2ω光的近场强度分布，进一步确定了2ω光子的来源。2ω图像与当使用拉盖尔-高斯光束时通过自旋和轨道角动量的组合效应预测的在等离子体中的泵浦光束的最大强度梯度附近产生的这些光子一致。
2020-11-19 physics.optics physics.plasm-ph
Conservation of energy and momentum for an electromagnetic field propagating into a linear medium from the vacuum
当一个准单色场传播进入并穿过一个涂有抗反射涂层的、无源的、透明的、连续的、线性磁介质时，能量动量张量的形式，最初在局部框架中静止，仍然存在争议。闵可夫斯基能量动量张量是电磁场守恒定律的主要组成部分。一个多世纪以来，人们已经知道电磁守恒定律是不可靠的，这一点可以通过提出替代能量-动量张量来改善已知的物理缺陷（违反角动量和线动量守恒）以及通过引入各种物质能量-动量张量和耦合力来修复或完善定律来证明。现有的解决方法是把连续统电磁系统看作一个子系统，在子系统中加入一个唯象的物质子系统能量动量张量。我们表明，四发散的总，电磁加上材料，能量动量张量产生的能量连续性定理，其中两个非零项取决于不同的权力的折射率$n$。那么现存的亚伯拉罕-闵可夫斯基争议的解决方案是自相矛盾的。
2022-11-17 physics.class-ph physics.optics
Comment on "Trouble with the Lorentz Law of Force: Incompatibility with Special Relativity and Momentum Conservation"
我们提出了一个解决方案的明显的悖论之间的不相容性的洛伦兹力定律和狭义相对论提出的Mansuripur [物理。108，193901（2012）]。本文还提出了明显的悖论与亚伯拉罕-闵可夫斯基关于物质介质中电磁波动量的争论之间的联系。
2013-01-11 physics.gen-ph physics.optics
On orbital angular momentum conservation in Brillouin light scattering within a ferromagnetic sphere
由铁磁球支持的静磁模式被称为Walker模式，每个模式都具有沿着静态磁场的轨道角动量以及自旋角动量。具有非零轨道角动量的Walker模表现出拓扑非平凡的自旋织构，我们称之为\textit{magnetic quasi-vortices}。由介质球支持的光学回音壁模式中的光子具有形成\textit{optical vortices}的轨道和自旋角动量。在铁磁和电介质球体内，两种形式的涡旋在布里渊光散射过程中相互作用。我们认为，在散射有一个选择规则，规定的涡旋之间的轨道角动量的交换。选择规则被证明是负责实验观察到的非互易布里渊光散射。
2017-11-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Energy-momentum conservation and Lipkin's zilch
如诺特定理所述，物理系统作用的任何可微对称性都有相应的守恒定律。利普金介绍了零值守恒定律。但相应的对称性还有待确定。在这里我们找到了一种确定这些对称性的方法，并通过直接计算来表达$n$维Minkowski时空中zilch张量与电流密度的关系。并将此方法推广到计算能量守恒-动量守恒对称性。最后，我们证明了在n=4的特殊情况下，我们的一般方程的光学手征减少到光学手征密度和光学手征流的连续性方程。
2014-08-13 math-ph math.MP physics.optics
Conservation of torus-knot angular momentum in high-order harmonic generation
高次谐波产生是一种独特的非线性光学上转换过程，由激光驱动的电子碰撞机制介导，它已被证明可以保持能量，动量，自旋和轨道角动量。在这里，我们提出的理论模拟表明，这一过程也保存了后者的混合物，环面结角动量$J_γ$，通过产生高次谐波与驱动脉冲下协调旋转不变。我们证明了发射谐波的电荷$J_γ$与谐波阶数成线性关系，并且这种守恒定律被印刻到发射的阿秒脉冲螺旋的偏振分布上。我们还演示了高次谐波产生的非微扰物理如何影响谐波的环面结角动量，并且我们表明，这种配置利用自旋选择规则将每个谐波的全部产量引导到可控轨道角动量的单模中。
2019-06-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Conservation of Angular Momentum, Transverse Shift, and Spin Hall Effect in Reflection and Refraction of Electromagnetic Wave Packet
提出了一种解决偏振高斯光束在两种透明介质界面上反射/折射问题的方法。计算了梁的重心横向位移。它们总是满足光束的总角动量守恒定律，然而，在一般情况下，不满足单个光子的守恒律，由于在两通道波散射中缺乏“哪条路径”的信息。分析了反射/折射光束的场结构。在线性偏振光束的散射中，相反螺旋度的光子在光束的相对边缘处积累：这是光子的自旋霍尔效应，其可以在散射光束的交叉偏振分量中记录。
2006-03-10 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Electromagnetic Momentum Conservation in media
静电场和磁场可以储存动量，这可能令人困惑，但这是确保动量守恒所必需的。这种场动量转移到附近物体和点电荷的简单情况经常被认为是出于教学目的，通常假设真空环境。然而，如果涉及电介质，分析就变得更加微妙，尤其是因为人们遇到了物质中的电磁能量-动量问题，即“亚伯拉罕-闵可夫斯基之谜”，即光子在物质中的动量是什么。我们分析的动量平衡在三个非平凡的例子遵守方位角对称性，显示如何满足动量守恒的磁场衰减和动量转移到本机构。在最后一个例子中，即在无限磁场中的电介质球外的点电荷的例子中，我们发现并非所有的场动量都转移到附近的物体上;一部分动量似乎随着朝向无穷大的动量通量而消失。我们讨论这个和其他令人惊讶的观察，可以归因于无限范围的磁场的假设。我们强调如何保守量的形式参数不能确定哪个能量动量张量是更“正确”的，我们的每一个保守检查可以同样很好地执行闵可夫斯基或亚伯拉罕框架。
2010-07-26 physics.class-ph physics.optics quant-ph
Helicity and spin conservation in Maxwell theory and Linearized Gravity
Barnett提出了线性化引力的对偶对称公式，并用来证明螺旋度守恒。然而，螺旋度和自旋之间的关系以及角动量的自旋和轨道部分的单独守恒，这在麦克斯韦理论中是已知的，没有被考虑。已知这些守恒定律是从所谓的螺旋度阵列（helicity array）的守恒中得出的，螺旋度阵列是零张量的类似物，它包括螺旋度、自旋和自旋通量（spin-flux）。本文证明了Minkowski空间中线性引力的自旋和轨道角动量守恒，并构造了线性引力的螺旋度阵列的模拟。
2019-09-04 gr-qc physics.optics
Microscale generation of entangled photons without momentum conservation
我们报告，第一次，通过0型自发参量下转换在超薄晶片的锂离子电池，其中泵光子和子光子之间的动量是不守恒的纠缠光子对的产生。使用几种技术的排放特性进行了研究。我们发现，非相位匹配的SPDC是一个很有前途的超宽带双光子辐射源，表现出显着紧密的相关宽度在空间和时间域。
2019-07-03 physics.optics quant-ph
Spatiotemporal symmetries and energy-momentum conservation in uniform spacetime metamaterials
本研究利用诺特定理证明均匀时空超材料的连续时空平移对称性导致能量-动量守恒，并探讨其对光与物质相互作用的约束及与相对论效应的异同。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Comment on "Trouble with the Lorentz Law of Force: Incompatibility with Special Relativity and Momentum Conservation [arXiv:1205.0096]"
在这篇评论中，它表明，相对性原理是自然满足的，没有悖论，如果一个独立的物理实在归因于四维（4D）几何量（GQ），而不是像往常一样，三维量。因此，不需要改变洛伦兹力的表达式，而是作为一个4D GQ，或者引入一些“隐藏的”3D量。
2013-08-01 physics.gen-ph physics.optics
Electromagnetic momentum and the energy-momentum tensor in a linear medium with magnetic and dielectric properties
在连续介质中，能量-动量张量体现了能量守恒、线动量守恒和角动量守恒之间的关系。利用具有完整运动方程的线性封闭系统中定义明确的总能量和总动量，构造了具有磁性和介电性质的静止简单线性材料的总能量-动量张量，该材料由穿过梯度折射率减反射膜的准单色光脉冲照射.围绕亚伯拉罕和闵可夫斯基动量的令人困惑的问题被完全用守恒原理、总能量和总动量来处理。基于无痕、对称的总能量动量张量的物质四散度，我们导出了宏观场的电磁连续性方程和运动方程。我们确定宏观麦克斯韦方程组和守恒原理的连续形式之间的矛盾。我们解决的矛盾，这是实际的根本问题的亚伯拉罕-闵可夫斯基的争议，通过构建一个统一的版本的连续电动力学是基于建立之间的一致性三维麦克斯韦方程组宏观场，电磁连续性方程，四个发散的总能量动量张量，以及简单线性介质中宏观场电动力学的四维张量公式。
2015-02-11 physics.class-ph physics.optics
Symmetries and conservation of spin angular momentum, helicity, and chirality in photonic time-varying media
本研究探究时变介质中光的自旋角动量、螺旋度与手性的守恒特性，发现三者守恒条件存在差异，揭示了手性与场能量的关联，为相关光与物质相互作用研究提供新视角。
2024-04-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Energy-momentum conservation in pre-metric electrodynamics with magnetic charges
本文用拓扑的、预度量的方法证明了包含磁荷和电荷的经典电动力学中能量动量守恒的一个充分必要条件。由电流上的F=（E，B）和磁流上的G=（H，D）的相互作用构成的广义洛伦兹力可以从能量-动量“势”导出，当且仅当本构关系G=G（F）满足一定的消失条件。由Hehl和Obukhov引入的电磁互易性被认为定义了2-形式对（F，G）的张量积上的复杂结构，该结构独立于但与由任何洛伦兹度量定义的霍奇星算子一致。与文献中最近的一个主张相反，它并没有定义2-形式空间本身的复杂结构。
2004-04-06 hep-th math-ph math.DG
