Spin-to-orbital angular momentum conversion in focusing, scattering, and imaging systems
本文提出了在聚焦、散射和成像光学系统中光的自旋-轨道角动量转换的一般理论。我们的理论采用通用的几何变换的非傍轴光场在这样的系统，并允许直接计算和比较的AM转换效率在不同的物理设置。利用当地的强度分布和远场偏振测量的AM转换的观测进行了讨论。
2011-12-08 physics.optics
Making and identifying optical superposition of very high orbital angular momenta
报道了高轨道角动量光学叠加的实验制备。我们的方法是基于使用空间光调制器来修改标准拉盖尔-高斯光束，以承担过多的相位螺旋。我们展示了一个传统的马赫-曾德尔干涉仪与一个插入的鸽子棱镜，以确定这些叠加扭曲的光，高OAM数以及它们可能的叠加可以直接从干涉明亮的多环晶格推断出令人惊讶的性能。利用电子倍增器CCD摄像机，也显示了本方案在光子计数水平上工作的可能性。我们的结果在高维量子信息应用中有希望，当高量子是有益的。
2013-10-18 physics.optics quant-ph
Linear and angular momenta of photons in the context of "which path" experiments of quantum mechanics
在涉及单个光子的光学实验中，该光子通过光学系统采取替代路径并最终与自身干涉（例如，杨氏双缝实验、马赫-曾德尔干涉仪、萨格纳克干涉仪），一方面光子的线动量和角动量与观测者确定光子通过系统的路径的能力之间存在基本联系。本文探讨的论点，涉及光子动量（通过海森堡不确定原理）的“哪条路”（德语：welcher Weg）的问题，在量子力学的核心。我们表明，线动量赋予光圈或镜子，或角动量拿起战略放置在一个系统中的波片，可以导致识别的光子的路径，只有在破坏相应的干涉效应为代价。我们还描述了一个思想实验，涉及到一个圆偏振的光子从一对小粒子的散射保持在一个固定的距离彼此。在这种情况下，光子和散射粒子之间的角动量交换似乎提供了“哪条路径”的信息，而这条信息必然会消除相应的干涉条纹，尽管条纹消除机制似乎并不以任何明显的方式涉及不确定原理。
2022-10-04 physics.optics quant-ph
Thought experiments that shed light on the nature of optical linear and angular momenta
从经典电动力学和狭义相对论的基本理论中，我们分析了一些思想实验，这些实验对光的线动量和角动量的概念发展和理解做出了实质性的贡献。
2019-09-11 physics.optics
Storage of orbital angular momenta of light via coherent population oscillation
本文报道了冷铯原子中相干布居振荡现象对光的轨道角动量的存储。实验是使用延迟四波混频配置进行的，其中携带OAM的探测场的横向光学信息与其方位角相位依赖性存储在铯$D_{2}$线的超精细跃迁$F=3\rightarrow F^{\prime}=2$的塞曼子能级的CPO中。我们还证明了实验的同时存储和检索不同的OAM状态沿空间中的不同方向传播，导致代数运算与OAM，因此打开复用OAM状态的可能性。
2015-05-25 physics.optics quant-ph
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
Optically probing Schwinger angular momenta in a micromechanical resonator
本文报道了声子Schwinger角动量的观测结果，它完全代表了微机械谐振器中的双模态。这种观察是基于在两个机械模式的和频和差频处的机械响应的同时光学检测。测量信号的后选择过程允许我们提取声子Schwinger角动量的分量。它还使我们能够有条件地从随机激发（非关联）态制备双模压缩（关联）态。声子Schwinger角动量可以推广到高维对称性（如SU（N）群），用于研究宏观物体的非平衡动力学中的多体关联。
2019-05-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spin and orbital angular momenta of electromagnetic waves in classical and quantum electrodynamics
本文对比经典与量子电动力学框架，分析平面波及有限波包的自旋与轨道角动量计算难点，并阐明多模结构带来的量子推广问题。
2023-10-01 physics.optics
Spatiotemporal Vortex Pulses: Angular Momenta and Spin-Orbit Interaction
最近，通过实验产生了携带纯横向固有轨道角动量的时空光学涡旋脉冲[{ \it Optica} { \bf 6}，1547（2019）; { \it Nat. Photon.} { \bf 14}，350（2020）]。然而，对这种状态及其角动量性质的精确理论分析仍然是难以捉摸的。在这里，我们提供这样的分析，包括标量和矢量时空贝塞尔型的解决方案，以及它们的传播，偏振和角动量属性的描述。最重要的是，我们计算了自旋和轨道角动量的局域密度和积分值，并预测了可观察到的自旋-轨道相互作用现象，这些现象与横自旋和轨道角动量之间的耦合有关。我们的分析很容易扩展到其他性质的时空涡旋脉冲（例如，声学）。
2021-05-22 physics.optics
Quantum Entanglement of High Angular Momenta
具有螺旋相位结构的单光子可以携带量子化的轨道角动量（OAM），它们的纠缠对于量子信息科学和量子理论的基础检验具有重要意义。因为理论上没有一个光子可以携带多少OAM量子的上限，所以有可能在两个量子数相差任意大的粒子之间产生纠缠。通过将偏振纠缠转移到OAM的干涉方案，我们产生和验证纠缠高达600量子的轨道角动量差。提高数字的唯一限制因素是目前的技术限制。我们还通过实验证明了很高的OAM纠缠度可以提高遥感中角分辨率的灵敏度。
2014-06-06 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Transverse rotation of the momentary field distribution and the orbital angular momentum of a light beam
通常在实验中观察到的横向光束图案是对分布在光束截面上的电磁场的光频振荡进行平均的结果。导出了一个分析判据，即这些振荡与一种绕束轴的旋转相耦合。这个标准似乎是在直接关系的光束轨道角动量的通常定义。
2008-12-04 physics.optics
Discontinuities in the Electromagnetic Fields of Vortex Beams in the Complex Source/Sink Model
一个分析的不连续性报告被认为是不连续性的精确nonparaxial涡旋光束相量内获得的复杂的源/汇模型。这种不连续性出现在轨道角动量模的所有奇数值上。相量中的这种不连续导致真实电磁场分量中的非物理不连续。我们确定的不连续性的来源，并提供图形证据的不连续的第一和第三轨道角动量模式的真实电场。一个简单的方法来避免这些不连续性。
2017-03-19 physics.optics physics.plasm-ph
Spin and Orbital Angular Momenta of Electromagnetic Waves: From Classical to Quantum Forms
本文系统梳理电磁波的自旋与轨道角动量在有源、无源及经典、量子情形下的形式，并通过谱方法数值演示经典涡旋光束拓扑荷的提取。
2024-03-03 math-ph math.MP physics.app-ph
Energy, linear momentum, and spin and orbital angular momenta of circularly polarized Laguerre-Gaussian wave-packets
我们推导出在自由空间中传播的圆偏振拉盖尔-高斯波包的能量、线动量和角动量的表达式。考虑到电磁场的矢量性质，并检查傍轴近似，这是典型的拉盖尔-高斯光束的理论治疗中调用的各种后果。
2020-08-24 physics.optics
Magnetoelectric-field microwave antennas: Far-field orbital angular momenta from chiral-topology near fields
具有磁偶极模（MDM）振荡的铁氧体小粒子附近的近场具有空间和时间对称性破缺。这种MDM起源的场，称为磁电（ME）场，携带自旋和轨道角动量。由于独特的拓扑结构，ME场与自由空间电磁场有很大的不同。在本文中，我们表明，由于手征拓扑的ME场在近场区域，远场轨道角动量（OAM）可以观察到，数值和实验。在一个单一的元素天线，我们得到了一个辐射方向图的角度斜视。我们发现，在远场微波辐射的ME能量分布在近场区域中发挥了至关重要的作用。
2015-12-04 physics.optics
Distinguishing orbital angular momenta and topological charge in optical vortex beams
本文讨论了具有任意空间相位分布光束的经典轨道角动量和拓扑荷与局域缠绕密度的关系。本文对非圆柱对称光学涡旋进行了分析，并首次从实验上证明了光学涡旋的振幅和温度系数可能有不同的值。新方法还提供了一个系统的方法来确定在任意OV的TC和OAM测量的不确定度。
2014-02-13 physics.optics
Generating far-field orbital angular momenta from near-field optical chirality
我们证明，精心设计的纳米结构两侧的薄悬浮金属膜耦合成手性近场光和传输涡旋光束通过一个中心孔，连接膜的两侧。我们展示了如何通过纳米结构设计来定制远场轨道角动量（OAM）指数。我们揭示了至关重要的OAM选择规则所施加的中心孔径和OAM求和规则与实验数据完全一致。
2013-02-04 physics.optics
Generating optical angular momentum through wavefront curvature
本文揭示强聚焦光束中波前曲率梯度可产生新型自旋与轨道角动量，使线偏振高斯光束在焦区获得纵向角动量，为亚波长光学操控提供新自由度。
2024-11-21 physics.optics
Energy and linear and angular momenta in simple electromagnetic systems
我们提出了简单的电磁系统中的能量，线动量和角动量表现出有趣的行为的例子。该系统足够简单，可以精确求解麦克斯韦方程组，并结合力、转矩、能量和动量的电动力学定律。在所有的情况下检查，能量守恒和动量的确认。
2015-09-01 physics.class-ph physics.optics
Transverse spin and orbital angular momenta in rotating-wave structured light
本研究证明单色光场中带涡旋的旋转波结构光携带有内禀横向轨道角动量，揭示其横向自旋与轨道角动量密度的非平凡特性，验证了二者局域相互转换、总角动量密度守恒及自旋-动量锁定效应。
2024-06-19 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
Localized photonic bandedge modes and orbital angular momenta of light in a golden-angle spiral
本文对介质中空气柱的黄金角螺旋阵列的光子带隙和带边模进行了数值研究。尽管缺乏长程平移和旋转阶数，但TE偏振光存在大的PBG。由于空气孔间距的空间不均匀性，带边模式通过来自螺旋结构中的寄生物的布拉格散射而空间局部化。它们具有离散的角动量，这些角动量来自不同的parastichies家族，其数目对应于斐波那契数。独特的结构特征的黄金角螺旋导致独特的功能的带边模式，是不存在的光子晶体和准晶。
2011-09-16 physics.optics
Mixing of spin and orbital angular momenta via second-harmonic generation in plasmonic and dielectric chiral nanostructures
我们提出了一个理论研究的特性的非线性自旋轨道角动量耦合的二次谐波产生诱导的等离子体和介电纳米结构的中心对称材料。特别是，相位奇异性和偏振螺旋在基波和二次谐波光场的纵向分量和散射体的对称性属性之间的连接进行了讨论。通过深入比较结构化光束与等离子体和介电纳米结构的相互作用，我们发现，表现出磁共振和电共振的全介电和等离子体纳米结构具有可比的二次谐波转换效率。此外，还揭示了单个和手征散射体团簇的二次谐波增强机制，并讨论了入射光束的光学角动量含量与非线性光散射增强的关系。特别地，我们给出了非线性自旋-轨道角动量相互作用的一般性角动量守恒定律，其中包括具有不同阶旋转对称性的手征结构的准角动量.作为我们的研究相关的纳米光子学的一个关键结论，我们认为，全电介质纳米结构提供了一个更合适的平台，实验研究自旋和轨道角动量之间的非线性相互作用，相比等离子体，主要是由于其较窄的共振峰，较低的固有损耗，和较高的可持续的光功率。
2017-04-20 physics.optics
Spin and Orbital Angular Momenta of Light Reflected from a Cone
我们研究几个回射光学元件，每个涉及两个反射。在顶角为90 \degree的中空金属锥体的情况下，圆偏振入射光束在反射时获得相反的自旋角动量。然而，没有角动量转移到圆锥体，因为反射光束拾取的轨道角动量是其自旋的两倍大，但方向相反。由透明材料制成的90 ° \degree锥体，其中入射光在返回之前经历两次全内反射，可以设计成赋予回射光束轨道角动量和自旋角动量的不同混合。然而，在任何情况下，都不可能将角动量从光束转移到锥体而不允许吸收或破坏锥体的轴对称性。对称性破缺的一个简单例子是顶角为90 ° \degree的楔形金属反射器，它在反射圆偏振入射光束时获得角动量。
2012-05-26 physics.class-ph physics.optics
Goos-Hänchen and Imbert-Fedorov Shifts of Vortex Beams at Air-Left-Handed Material Interfaces
本文系统地研究了傍轴涡旋光束在空气-左手材料界面上的光束位移和角动量。结果表明，在空气-左手材料界面上，Goos-Hänchen（GH）和Imbert-Fedorov（IF）的空间位移与空气-右手材料界面上的空间位移相同，而GH和IF的角位移相反.傍轴涡旋光束的空间位移和角位移分别来源于横向角动量和横向线动量。在空气-左手材料界面处，由于横向角动量和z分量线动量的反转，空间GH和IF位移保持不变，而由于z分量线动量的反转和横向线动量的不反转，空间GH和IF位移发生反转。此外，我们还对自旋-轨道角动量转换和轨道-轨道角动量转换进行了定量分析，这有助于我们进一步理解涡旋光束在空气-左手介质界面上移动的本质及其与空气-右手介质界面上移动的根本区别。
2012-04-26 physics.optics
Mapping the near-field spin angular momenta in the structured surface plasmon polaritons field
受限电磁场中的光自旋角动量与自由空间中的光自旋角动量有着显著的差异，特别是与能量传播方向锁定的光横自旋为单向输运、量子自旋霍尔效应、光子Skyrmion、为了研究自旋-轨道相互作用背后的物理机制以及发展基于自旋的光学应用，揭示受限场中的自旋织构是至关重要的，然而，由于它们的手性和近场矢量特征，它面临挑战。在这里，我们提出了一种扫描成像技术，可以映射的非手性介质纳米球的光学自旋角动量的近场分布。利用所提出的扫描成像技术可以在实验上揭示垂直于界面的自旋角动量分量，并利用实验结果从理论上重建三维自旋矢量。实验证明的例子，表面等离子体激元激发的各种矢量涡旋光束下的紧聚焦配置，其中的自旋轨道相互作用出现清楚。该方法简单、精度高，可用于重构Skyrmion等光子拓扑结构，对近场自旋光学和拓扑光子学的研究具有重要意义.
2020-06-17 physics.optics
Orbital angular momentum control of third-harmonic generation and vortex dichroism in isotropic media
University of East Anglia（东英吉利大学）
研究通过聚焦拉盖尔高斯光束在各向同性介质中实现第三谐波生成，并揭示涡旋双折射的产生机制，展示了轨道角动量作为非线性光谱学新控制参数的作用。
2026-03-27 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
Are photon momenta in left-handed materials reversed?
我们发展了一个半经典理论来描述左手材料中的光子动量。引入单个二能级原子作为探测光子动量的“探测器”。我们证明了光子的线性动量在LHM中反转了方向。然而，轨道角动量是保持不可逆的，虽然波前扭转其螺旋方式。我们从理论上预言自旋角动量也是不可逆的。对光子动量的研究将有助于深入了解LHM的基本性质。
2008-09-20 physics.class-ph physics.optics
Spin and Orbital Angular Momenta of Electromagnetic Waves in Free Space
我们推导出精确的表达式，在（k，w）域上的傅里叶积分的形式，在自由空间中传播的光脉冲的能量，动量和角动量。角动量可以自然地分成两部分。脉冲的每个平面波成分的自旋贡献，代表其右圆偏振和左圆偏振内容之间的差异，与相应的k矢量对齐。相反，与每个平面波相关的轨道角动量与其k矢量正交。一般来说，波包的轨道角动量含量是由相位涡引起的本征部分和由光脉冲的质心r_CM在其线性动量p方向上的线性运动产生的非本征部分r_CM × p之和。
2012-05-26 math-ph math.MP physics.class-ph
The optical torque: Electromagnetic spin and orbital angular momenta conservation laws and their significance
在自旋和轨道角动量的基本守恒方程所涉及的物理导致新的法律和现象，我披露。为此，我分析了电磁波场的散射由一个小粒子，我假设偶极在广义上构成的正则系统。具体来说，在相当一般的条件下，这些定律可以帮助我们了解每个角动量对物体上的场施加的电磁扭矩的贡献和权重，该扭矩由消光和散射或反冲组成。部分。这导致了对它的效应的解释与迄今为止许多理论和实验工作所采用的解释不同，并且意味着反冲力矩的一部分抵消了通常被称为固有力矩的固有力矩，该固有力矩通常被认为是粒子自旋的原因。此外，我得到的贡献的空间结构的波，这个扭矩，未知的日期，显示其效果在轨道上的对象，并证明它往往会导致一个负扭矩的一个单一的粒子，即相反的入射螺旋，产生轨道运动相反，其自旋。此外，我建立了一个分解的电磁转矩到保守和非保守的组件，其中的螺旋度和它的流量发挥类似的作用，电磁力的能量和它的通量。我说明这些现象的例子梁，也显示了一些傍轴配方的领域不持有的横截性条件的困难。
2015-11-03 physics.optics
Generation of optical beams with desirable orbital angular momenta by transformation media
提出了一种通过紧凑的变换板将任意入射光束的波前可控地转换为螺旋波，从而使输出光束携带理想的轨道角动量的方案.首先，基于变换光学原理，建立任意两个波前在变换介质上的°三维相位变换，然后利用该变换将高斯光束的波前整形为螺旋波。其次，三维FDTD模拟进行确认的螺旋演变的合成场和相位，清楚地表明OAM产生。进一步的理论分析表明，折射率呈螺旋分布导致相位波前呈相反的螺旋分布，利用单位OAM发生器产生理想的OAM是可行的。这一结果不仅为相位和光子OAM的调控提供了一种新的途径，而且进一步揭示了螺旋光束的相位结构，从而提出了一种新的表面变换方式。
2012-06-19 physics.optics
Angular momentum of non-paraxial light beam: Dependence of orbital angular momentum on polarization
结果表明，自由电磁场的动量密度分裂为两部分。由于横截性条件，对净动量没有贡献。另一个产生所有的动力。与前一部分相关的角动量是自旋，与后一部分相关的角动量是轨道角动量。给出了自旋和轨道角动量在倒易空间中电矢量的表达式。以这种方式定义的自旋和轨道角动量用于研究最近发表的论文[Phys.Rev.A78，063831（2008）]中描述的非傍轴光束的角动量。发现轨道角动量除了依赖于$l$项外，还依赖于两个全局量，即用广义Jones矢量表示的极化和用单位矢量$\mathbf{I}$表示的新特征，而自旋只依赖于极化.讨论了$\mathbf{I}$碰撞对轨道角动量的极化效应。文中还对所得结果作了一些应用。利用自旋起源于动量密度而动量密度对净动量没有贡献这一事实，说明圆极化平面波的自旋不存在佯谬。自旋和轨道角动量的偏振依赖性被证明是起源的转换从近轴拉盖尔-高斯光束的自旋到轨道角动量的聚焦光束通过高数值孔径。
2009-09-12 physics.class-ph physics.optics
