Infinitesimal propagation equation for decoherence of an OAM entangled biphoton in atmospheric turbulence
导出了轨道角动量纠缠双光子态在湍流大气中传输的退相干的一阶微分方程。推导是基于轨道角动量状态由于通过湍流大气薄层传播而经历的失真。这种失真被视为一个无穷小变换导致一阶微分方程，我们称之为一个无穷小传播方程。该方程被应用到一个简单的量子比特的情况下，以显示如何纠缠衰减。
2011-05-11 physics.optics quant-ph
Influence of oceanic turbulence on propagation of Airy vortex beam carrying orbital angular momentum
利用Rytov近似理论，推导了携带轨道角动量的Airy涡旋光束通过各向异性弱海洋湍流的探测概率的解析表达式。研究了湍流参数和光束参数对Airy-OAM光束传输特性的影响。数值模拟结果表明，各向异性海洋湍流具有较低的温度方差耗散率、较小的温盐比对折射率谱的贡献率、较高的单位质量流体动能耗散率、较大的内尺度因子、较大的各向异性系数，导致Airy-OAM光束具有较大的探测概率。此外，Airy-OAM光束具有较小的拓扑电荷、较大的主环半径和较长的波长，具有较强的抗海洋湍流干扰能力。此外，随着接收孔径的增大，探测概率降低。与拉盖尔-高斯-OAM光束相比，当Airy-OAM光束的拓扑荷数大于5时，由于Airy-OAM光束的无衍射和自愈特性，其抗湍流干扰能力更强。研究结果对使用Airy-OAM波束的水下光通信链路具有一定的参考价值。
2018-06-21 physics.class-ph physics.optics
Second harmonic generation of spatiotemporal optical vortices and conservation of orbital angular momentum
时空光学涡旋（STOV）是一种新型的内禀光学轨道角动量（OAM）结构，其中OAM矢量与传播方向正交[Optica 6，1547，（2019）]，光学相位在时空中循环。在这里，我们的实验和理论证明，第一次，产生的二次谐波的STOV携带脉冲随着保守的STOV为基础的OAM。我们的实验验证了单个光子可以具有垂直于其传播方向的固有轨道角动量。
2021-02-18 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
General laws of the propagation of ultrafast vortices in free space
我们进行了几个周期，超快涡旋（UFV）携带轨道角动量（OAM）在自由空间中的传播的理论研究。我们的分析揭示了更复杂的时间动力学比几个周期的基本类高斯光束，特别是当接近单周期制度和拓扑电荷$l$的幅度是高的。最近描述的下限$\sqrt{|l|}$的传播不变的时间形状（等衍射UFV）的UFV的振荡的数量被发现持有平均也为一般类型的UFV，沿传播方向的变化以上和以下的界限，甚至消失的地方。这些变化由所谓的Porras因子或$g_0$因子确定，该因子表征光谱成分的瑞利距离与频率的依赖性。对于给定的可用带宽，UFV必须随着拓扑电荷的增加幅度而在时间上加宽，并且由于轴向变化的、$g_0$相关的下限，在传播期间必须加宽或可能在时间上收缩。在它们产生的非常严格的条件下，UFV可以在焦点处收缩到低于下限$\sqrt{|l|}$的一种OAM的局部压缩状态，但是它在$\sqrt{|l|}$之上加宽并且由于Gouy相位和波前失配引入的色散而在焦深的一小部分中失真。这些传播现象的影响，并应考虑在UFV的实验和应用，如高的OAM高谐波和阿秒脉冲的产生，或在基于OAM的超快通信系统，以及在物理学的其他领域，如声波或电子波。
2020-06-06 physics.optics
Mode structure and orbital angular momentum of spatiotemporal optical vortex (STOV) pulses
我们确定了一类时空光涡旋（STOV）电磁脉冲在色散介质中传播的模式解，其中轨道角动量（OAM）与传播方向正交。我们发现，对称的STOV在真空中可以进行半整数固有轨道角动量（OAM），一般的非对称STOV在色散介质中，OAM是量化的整数倍的参数，取决于STOV对称性和群速度色散。我们的研究结果表明，在色散介质中传播的STOVs伴随着极化激元类准粒子。模态理论与STOVs自由空间传播的测量结果非常吻合。
2021-07-21 physics.optics
Subluminal velocity of OAM-carrying beam
我们报告了光束的轨道角动量（OAM）对其群速度的影响。用$\ell$和$p=0$计算了拉盖尔-高斯光束（$\emph{LG}$）的群速度$v_g$。即使在自由空间中，$\emph{LG}$光束的$v_g$约化也与轨道数或缠绕数$\ell$和光束的发散度$θ_0$有关.我们发现，具有较高的$\ell$光的传播速度相对较慢，比具有较低的$\ell$值。这表明不同OAM的光沿着传播在时间域中分离，并且这是由于场限制而对色散的附加效应。我们的研究结果是有用的，从天文来源和/或在自由空间中的数据传输与OAM处理嵌入在光中的信息。
2015-12-07 physics.optics
Orbital Angular Momentum (OAM) Mode Mixing in a Bent Step Index Fiber in Perturbation Theory: Multiple Bends
在本文中，我们解决的影响，多个光纤弯曲的轨道角模（OAM）模式在光纤中的传播。特别是，我们延长OAM模式混合由于一个单一的光纤弯曲的阶跃折射率光纤的详细研究，一系列的弯曲的情况下。弯曲部可以具有相对于彼此的相对取向。给出了导致串扰的解析表达式。特别研究了在一对弯曲的输出处的OAM模式强度，重点是弯曲的相对取向的变化引起的强度图案变化。
2019-12-02 physics.optics
Divergence of an orbital-angular-momentum-carrying beam upon propagation
最近，人们对使用携带轨道角动量（OAM）的光束来在自由空间光通信系统内创建多个信道感兴趣。一个限制性问题是，对于发射机处的给定光束尺寸，光束发散角随着OAM的增加而增加，因此如果要保持检测效率，则在接收光学系统处需要更大的孔径。关于这种发散度是否与光束的OAM成线性比例，或者与光束的OAM的平方根成线性比例，存在着混淆。我们澄清这两个比例定律是有效的，这取决于它是否是高斯光束腰的半径或均方根强度保持不变，而变化的OAM。
2014-10-31 physics.optics quant-ph
Longitudinal patterning of twisted light
具有方位角相位依赖性[ $exp(i \ellϕ)$ ]的光束携带与偏振相关的自旋角动量（SAM）根本不同的轨道角动量（OAM）。这两种动量之间的显著差异表现在允许值上：SAM限制为每光子$\hbar k_0$，OAM具有每光子$\ell\hbar$的无限值（$\ell$是整数），因此大大超过SAM的值\cite{Ref1,Ref2, Ref3}。因此，OAM已被用于光学捕获\cite{Ref4}、成像\cite{Ref2}和材料处理\cite{Ref5}。此外，OAM状态下的无界自由度已经被部署在数据通信\cite{Ref6}中。在这里，我们报告了一类光束的\textit{exceptional}行为--被称为冻结波（FW）--其强度和方位角相位分布可以沿着传播方向控制，随意。因此，我们产生旋转的光图案，可以改变其旋转的意义和相位扭曲的顺序与传播。沿光束轴方向操纵OAM可以为光学科学及其应用开辟新的方向。
2016-01-19 physics.optics
Free-space propagation of spatio-temporal optical vortices (STOVs)
时空光学涡旋（STOVs）是一种在时空中具有光学相位环流的新型光学轨道角动量（OAM）。在以前的工作[N。Jhajj等人，Rev X 6，031037（2016）]，我们证明了STOV是一种普遍的结构，它来自于自聚焦坍缩的停滞，导致材料介质中的非线性自导向。在这里，我们演示了线性生成和传播的STOV携带脉冲在自由空间中。我们的测量和模拟表明，STOV调解的时空能量流的脉冲和维护的OAM在时空。单次振幅和相位图像的STOVs采取使用一种新的诊断，瞬态光栅单次超连续谱干涉术（TG-SSSI）。
2020-01-02 physics.optics
Comment on `Simulating thick atmospheric turbulence in the lab with application to orbital angular momentum communication'
最近，Rodenburg等人（2014 New J.Phys.16 033020）提出了一种用于通过紧凑的实验室布置来模拟均匀分布的Kolmogorov谱湍流的长路径上的传播的方法，该紧凑的实验室布置使用两个仔细放置和控制的空间光调制器。我们表明，他们的模拟方法模仿的行为的平面波传播，而不是一般的波束波传播。因此，其轨道角动量（OAM）串扰结果准确地表示在通过湍流的水平路径传播中预期的行为的状态可能限于准直光束OAM模式，其直径足以使相干性引起的光束扩展可忽略不计。
2014-06-10 physics.optics
Couplings between the temporal and orbital angular momentum degrees of freedom in ultrafast vortices with propagation-invariant temporal shape
在任何形式的波传播中，当非基本的、三维的波包由纯平面波叠加而成时，或者由光-物质相互作用和非线性过程自发产生时，就会出现强时空耦合。具有轨道角动量（OAM）的超短脉冲或超短涡旋提供了一个关键范例，其中可以通过分析工具精确地进行以时间-OAM耦合形式的时空耦合的分析。通过推广和统一以前报道的结果，我们表明，普遍和空间异构的时空相关性发生在传播不变的时间脉冲进行OAM。在具有高强度的区域中，脉冲持续时间具有由涡旋的拓扑荷固定的下限，并且使得持续时间必须随着拓扑荷而增加。在低强度的涡旋附近的区域，一个大的蓝移的载波振荡和他们的数量的增加被预测为强扭曲光束。我们认为，这些非常普遍的发现突出了空间和时间之间存在结构性耦合。这些结果在自由空间通信、光谱学和高次谐波产生中也有应用。
2020-03-24 physics.optics
Intrinsic Orbital Angular Momentum Originated from Optical Catastrophe Superposition
本文提出旋风突变光束（CCBs）在无相位涡旋依赖下具有内禀轨道角动量（OAM），通过理论计算与实验验证其OAM可通过叠加光束数量调控，揭示了OAM与相位涡旋的独立性，为OAM波应用提供新方向。
2024-02-13 physics.optics
Orbital Angular Momentum preserving guided mode in helically twisted hollow core photonic crystal fiber at Dirac point
研究了光子Dirac模在螺旋扭曲空芯光子晶体光纤（HC-PCF）中的捕获和传输，其中空芯缺陷（空气）中的捕获光可以保持轨道角动量（OAM）。我们表明，光子狄拉克点可以出现，即使在扭曲的系统中，为一个适当的选择曲线坐标和相关的波导缺陷模式定义在新的基础可以保持相关的OAM在轴向平移。重点分析了扭曲率、缺陷几何形状和晶体尺寸对载陷狄拉克模的OAM传输的影响。有限元模拟的结果与基于扭转光子晶体中布洛赫模动力学的解析理论进行了验证，两者吻合良好。HC-PCF可以在激发和引导OAM携带模式方面发挥重要作用，有助于粒子捕获和量子通信。
2019-02-25 physics.optics
Phase Memory of Orbital Angular Momentum in Multiple Scattering Environment
本文研究轨道角动量光在多重散射介质中的相位记忆特性，提出利用折射率时间变化负梯度引入螺旋相位调制，实现对10^(-6)级折射率变化的高灵敏度检测，并展示了其在生物医学诊断与光通信中的应用潜力。
2023-12-14 physics.optics
Optimal vector beams maintaining robust intensity profile on propagation through turbulence
我们报告的标量和矢量光束通过随机相位屏幕模仿湍流的传播实验，并表明，包含C点偏振奇异性的光束的强度分布显示出最大的鲁棒行为。这一观察解释的偏振和轨道角动量（OAM）的光束的多样性。的$l = 0$和$l = 1$ OAM状态，其矢量组合导致的C点奇异性被认为是产生互补的散斑强度图案具有显着的负相关传播通过一个随机的相位屏幕。C点奇异性的这种独特性质使其优于其他非均匀偏振态，如在我们的实验中所示。结果提供了一个重要的通用指南，设计光束，可以保持最佳的鲁棒光束强度分布通过随机相位波动，并预计有一些应用。
2018-01-18 physics.optics
Generation and propagation characterization of a vortex beam through an electro-optical crystal-based electrically controlled flat plate
随着对现代光学中几乎所有领域的潜在应用需求的增加，涡旋光束的产生引起了人们极大的兴趣。基于电光晶体平板，提出了一种利用普克尔斯效应产生涡旋光束的电控方法。与传统方法相比，该方法可以灵活地调节涡旋光束的波长和拓扑电荷。模拟了光束在平板上的传输，研究了传输光束的轨道角动量模谱。OAM模谱与模拟结果吻合较好。该方法提高了涡旋光束产生的灵活性，在光通信和光学操纵等领域有着重要的应用前景。
2022-01-11 physics.optics
Detection of Orbital Angular Momentum Modes via Spiral Phase Plate
本研究分析螺旋相位板作为OAM模式检测器的性能，通过解析和数值方法评估效率、串扰等参数，证明优化传播距离和孔径后可实现精确检测。
2025-02-25 physics.optics
Manipulation and exchange of Light with Orbital Angular Momentum in Quantum Dot Molecules
研究了轨道角动量激光脉冲与具有四个能级的非对称量子点分子的相互作用。我们展示了点间隧穿如何赋予不同频率之间的光学涡旋交换。我们考虑的情况下，一个弱的探测光束有一个光学涡旋，因此在中心的强度为零。隧道耦合的存在产生了一个额外的弱激光束与入射的涡旋光束相同的涡度。我们分析了初始光束的涡旋被有效地转移到所产生的光束的条件。研究了具有方位折射率和径向折射率的OAM态的拉盖尔-高斯（LG）光束在强控制光束也是OAM模的情况下的传输。结果表明，在OAM交换过程中，OAM状态的守恒性总是满足的。然而，一个异常的情况下，观察到的径向折射率诱导产生的光束，这不同于入射光束的纯LG光束的一些强度图案。给出了解析解，阐明了径向折射率对OAM光束传输特性的影响。当叠加两个最初存在的弱OAM模式时，观察到所产生的光学涡旋随着光的传播而围绕光束轴移动，从而在中心周围形成一种“星座”。这种复合脉冲的轴的偏移是由于点间隧穿效应，该效应由外部电压控制。光学角动量可以为量子技术研究固体系统增加一个新的自由度。
2020-02-17 physics.optics
Propagation-invariant high-dimensional orbital angular momentum states
在近轴光场的空间模式中编码的光子态为高维量子信息协议和相关研究提供了一个有前途的平台，其中一些开创性的理论和实验演示为未来的技术铺平了道路。至关重要的是，在自由空间传播中遇到的关键问题仍然是一个重大挑战。这是具有不同模式阶数的空间模式之间的异步衍射的情况，其在自由空间传播时经历其横向结构的变化。在这里，我们解决这个问题，提出了一种编码方法的基础上使用拉盖尔-高斯（LG）模式的相同的模态阶数N定义一个N + 1维空间。值得注意的是，这种模式赋予轨道角动量（OAM）经历相同的传播像差，具有相同的古伊相位和波前曲率。我们证明了我们的建议，通过使用时间相关的单光子成像结合数字传播技术的实验。重要的是，我们的技术允许在不使用成像系统的情况下消除与异步衍射相关的所有问题，为量子光学协议生成传播不变的OAM量子提供了一种可访问的方法。
2022-02-08 physics.optics
Local orbital-angular-momentum dependent surface states with topological protection
研究了蜂窝晶格中沿谷型光子晶体之字形边缘的手征表面态。通过将局域场分解为轨道角动量模，我们发现手征表面态呈现出依赖于轨道角动量的单向传输特性。特别地，表面态的传播方向性被量化的本地OAM分解，并被发现依赖于源和表面态的手征。这些发现允许在不需要辅助包覆层的情况下对电磁能量的单向传播进行工程控制。此外，我们还研究了手征表面态对急弯的传播。事实证明，虽然只有某些状态成功地通过弯曲，但由于结构的拓扑结构，单向传播得到了很好的保持。
2020-05-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Encoding orbital angular momentum of light in space with optical catastrophes
Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学）；Hangzhou International Innovation Institute, Beihang University（北京航空航天大学杭州国际创新研究院）；School of Instrumentation and Optoelectronic Engineering, Beihang University（北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院）；University of the Witwatersrand（威特沃特斯兰德大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
本文提出利用突变理论整形光学焦散，结合双光子聚合光刻制造的复振幅超构表面，在空间中动态定制轨道角动量（OAM），实现隐藏OAM与光学加密信息检测，为光通信与安全提供新框架。
2025-11-02 physics.optics
Fully-control of OAM vortex beam and realization of retro and negative reflection at oblique incidence using dual-band 2-bit coding metasurface
本文提出了一种反射型双频2位编码元表面（CM）设计，以实现在两个不同的工作频带，独立的双频功能。我们特别感兴趣的是通过编码的传播/动态相位，以实现和完全控制的轨道角动量（OAM）涡旋光束（VB）的双波段，独立地控制线偏振入射波。在这方面，我们执行数字加法运算，结合传统的OAM和相位梯度的编码序列，以构建拟议的CM。建议的CM生成和转向的OAM-VB与不同的拓扑电荷在较低和较高的频带，独立。类似地，所提出的CM通过结合传统OAM的编码序列和分裂相位单元来进一步扩展用于OAM-VB成形，并且，我们讨论了两种不同的场景。首先，进行OAM-VB分裂以独立地在低带和高带中实现不同的拓扑电荷。其次，实现了四光束整形，验证了本文提出的概念。最后，我们还研究了反射光束方向可以进一步独立控制，以实现在两个不同的工作波段的异常，负和回射。提出的概念将开辟多功能元器件的可能性，并将在许多应用中，如光学空间，量子光学，空间模式复用的电信，天文学等是有用的。
2019-05-17 physics.optics
Non-diffracting states at exceptional points
我们提出利用例外点来构造无衍射光束在晶格中的传输和局域功率振荡。具体来说，在这里，我们提出了两个系统，利用EP无衍射光束传播，一个在合成规范晶格和其他一个，在单向耦合谐振器，每个谐振器单独能够创建轨道角动量光束（OAM）。在第二个系统中，我们引入了鲁棒的和可调的OAM光束在离散晶格中传输的概念。我们可以创建一个强大的OAM光束在任意数量的网站的光子晶格。此外，我们报告的非厄米晶格的EP功率振荡。本文的研究拓宽了不同光子系统中EP的研究和应用，包括离散晶格中的OAM光束及其相关动力学。
2020-09-27 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
Multiple surface-plasmon-polariton waves guided jointly by a metal and a hyperbolic, dielectric, structurally chiral material
金属和双曲电介质结构手性材料的平面界面可以支持在界面平面中以指定频率并沿着指定方向的无表面等离子体激元（SPP）波、一个表面等离子体激元波或多个表面等离子体激元（SPP）波的传播。当多个SPP波可以存在时，它们在相速度、传播长度、到界面的局部化程度以及相关联的电磁场的空间轮廓方面不同。
2014-03-07 physics.optics
Spatiotemporal helicon wavepackets
在过去的二十年里，衍射不变或无衍射光束受到了相当大的关注。然而，光波的脉冲性质和波导等光学介质的结构特性往往被忽视。在这里，我们提出了一个四维时空的方法，扩展和统一的概念，圆锥波和螺旋光束，主要是在散装介质中研究。通过利用空间模式之间的紧密相关性，拓扑电荷，和嵌入在光场中的频率，我们揭示了传播不变（色散和衍射自由）的时空波包携带轨道角动量（OAM），在时间和空间的螺旋轨迹上演变在散装介质或多模光纤。除了其固有的线性性质，我们表明，这样的波结构可以自发出现时，一个相当强烈的超短脉冲非线性传播OAM模式。随着脉冲/光束整形、多模光纤和模式复用等新兴技术的出现，我们提出的创建OAM承载螺旋波包的方案可以找到大量的应用。
2021-03-22 physics.optics
Quantifiable example of complementarity relation between optical orbital angular momentum and angular position
由n（n为N）束带相同电荷的分数阶涡旋光束旋转对称叠加，可以构造出具有方位对称角位置的相位奇异性光束。由于轨道角动量（OAM）的非本征值，光束在传播后发生形变，其形变程度可以通过与PS相关联的相位位错程度来评价。其OAM与其特征电荷值的平均偏差的期望值与相位位错度的变化量服从正比关系。该光束提供了光学OAM和AP的观察者之间的互补关系的可量化的例子，其分别是OAM非本征值和强度AP变化。
2018-09-09 physics.optics
Generation of nonlinear vortex precursors
数值研究了轨道角动量脉冲在稠密原子系统中的传输。由于超快布洛赫振荡，在透射场中产生由高阶涡旋谐波组成的非线性前兆。非线性前兆在传播效应下仍然存在，并且与主脉冲很好地分离，这提供了测量前兆的简单方法。这种涡旋前驱体由于携带高阶OAM，作为信息载体，在要求损耗可控、信息容量大、通信速度快的光信息和通信领域具有潜在的应用前景。
2016-02-25 physics.optics
Identification of diffracted vortex beams at different propagation distances using deep learning
Wuhan Institute of Technology（武汉工程大学）；Louisiana State University（路易斯安那州立大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
光的轨道角动量在量子技术中，特别是在量子通信和量子传感与测距中，被认为是一种宝贵的资源。然而，光的OAM状态容易受到不期望的实验条件（诸如传播距离和相位失真）的影响，这阻碍了相关技术的现实实现的潜力。在本文中，我们利用增强的深度学习神经网络来识别具有相位失真的多个传播距离处的不同OAM模式。具体来说，我们训练的深度学习神经网络可以有效地识别涡旋光束的拓扑电荷和传播距离，准确率为97%。我们的技术具有重要意义的OAM为基础的通信和传感协议。
2022-03-30 cs.LG eess.SP physics.optics
Mode conversion and orbital angular momentum transfer among multiple modes by helical gratings
研究了螺旋光栅在两个轨道角动量模之间的耦合特性，即利用螺旋光栅的横向和纵向调制实现两个轨道角动量模之间的灵活转换。除了一对一的OAM交换之外，如果螺旋和相位匹配条件都很好地满足连续耦合，HGs可以实现多模之间的OAM传输。它是由全息光栅的调制条纹的倍数和两个连续模式之间的传播常数的差乘贡献的。基于耦合模理论，研究了环形芯光纤中三重异质结的模式转换和OAM传输，并利用传输矩阵进行了数值模拟。我们的工作可以看作是对光栅模式耦合的一种扩展，对光学领域的模式转换和OAM操纵具有重要的意义。
2019-12-08 physics.optics
Imaging inspired characterization of single photons carrying orbital angular momentum
本研究提出一种仅用倾斜透镜和ICCD相机的受成像启发的OAM测量方法，实现了HSPS中高达14阶OAM的测量，首次观测到改进型MZI中OAM光子的成像自干涉，可表征光子OAM的电荷与阶数并研究其传播特性，为量子网络关键的扭曲单光子源提供了稳健直接的完整表征方法。
2021-11-16 physics.optics quant-ph
Gouy phase-assisted Zeno effect for protecting light structure in random media
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）
利用高斯相辅助的泽诺效应保护随机介质中结构光的纯度，防止模式交叉干扰。
2026-01-22 physics.optics
Programmable spatiotemporal OAM optical toroidal beams with completely tunable properties
本文提出一种通过多模光纤实现可编程、偏振分辨的时空OAM环形光束完全可配置性的方法，支持2.5万自由度独立控制时间、几何与拓扑特性，为复杂介质中的光学操控与成像开辟新途径。
2025-06-25 physics.optics
Dyakonov-Tamm waves guided jointly by an ordinary, isotropic, homogeneous, dielectric material and a hyperbolic, dielectric, structurally chiral material
普通的、各向同性的、均匀的电介质材料和双曲线的、电介质的、结构手性材料的平面界面可以支持一个或多个Dyakonov-Tamm波在界面平面中以指定频率并沿着指定方向的传播。当多个Dyakonov-Tamm波可以存在时，它们在相速度，传播长度，界面局部化程度以及相关电磁场的空间分布方面不同。各向同性的伙伴材料的相对介电常数标量的依赖性表明利用光学传感的分析物。
2014-03-19 physics.optics
Transverse Shifts and Time Delays of Spatiotemporal Vortex Pulses Reflected and Refracted at a Planar Interface
光束在平面界面反射/折射的横向（霍尔效应）和古斯-汉兴位移是重要的波动现象，光束中存在的固有轨道角动量（OAM）可以显着修改和增强。最近，理论预测和实验产生了携带纯横向本征OAM的光时空涡旋脉冲（STVP）。在这里，我们考虑这样的脉冲在平面各向同性界面的反射和折射。我们发现理论和数值确认新类型的OAM依赖的横向和纵向脉冲移位。值得注意的是，纵向位移可以被视为时间延迟，与众所周知的维格纳时间延迟相反，它出现在没有反射/折射系数的时间色散的情况下。这样的时间延迟允许实现OAM控制的慢（亚光速）和快（超光速）脉冲传播而没有介质色散。这些结果可以有重要的影响，在各种问题中涉及的局部涡态进行横向OAM散射。
2021-08-03 physics.optics
New orbital angular momentum multiplexing strategy: beyond the capacity limit of free-space optical communication
针对自由空间光通信中OAM复用受限于接收器尺寸和光束扩展的问题，提出IRD-OAM复用策略，在无额外硬件下将容量提升至1238%，或延长距离至403%、缩小接收器至26.9%。
2023-05-20 physics.optics
A sectorial arrangement of spatially-shifted grating for composite Laguerre-Gaussian OAM beam generation
提出一种通过分割并沿光栅矢量移位一维光栅各扇区来定制波前形状的算法，实现了单束或多束 Laguerre-Gaussian 轨道角动量光束的同轴生成及其分量强度与相位的独立调节。
2025-04-06 physics.optics
Generalized angle-orbital-angular-momentum Talbot effect and modulo mode sorting
本文揭示并实验演示了广义角-轨道角动量 Talbot 效应，利用角 Talbot 相位调制与环芯光纤传播实现花瓣场和 OAM 谱变换，并据此设计了理论上无串扰的模余数模式分选器，为 OAM 信息处理提供了新方法。
2024-02-22 physics.optics
Laguerre-Gaussian modes become elegant after an azimuthal phase modulation
本文研究了纯相位涡旋调制对 Laguerre-Gaussian 光束的影响，发现调制后的光束实际上具有 elegant Laguerre-Gaussian 模式的角谱，从而可映射回 LG 型模式，并赋予光束新的 OAM 和径向量子数。
2024-11-12 physics.optics
Turbulence-resistant self-focusing vortex beams
我们认为最近推出的自聚焦领域进行轨道角动量（OAM）[光学。$\textbf{46}$，2384 $-$ 2387（2021）]，特别是它们通过湍流海洋的传播特性。我们表明，这种类型的字段是特别强大的湍流引起的退化相比，一个完全相干光束。在中等强度的海洋湍流中，自聚焦OAM光束的特征在于接收器平面处的峰值强度高出五个数量级以上，信号模式的$\sim$ 80 $\%$检测概率，以及在$\sim$ 100 m的链路上超过70 $\%$的能量传输效率。与直觉相反，这种场的聚焦特性可以随着湍流的增加而增强，导致均方腰部随着湍流强度的增加而变得更小。我们的研究结果表明，某些类型的部分相干性可能是非常可取的光通信采用OAM。
2022-05-09 physics.optics
Channel Multiplexing in Wireless Terahertz Communications Using Orbital Angular Momentum States
我们目前的设计和实验验证的系统产生的轨道角动量（OAM）状态使用3D打印的低损耗超材料相位板的应用在太赫兹（THz）无线通信。通过方位角地改变相位板内的孔图案密度，局部有效折射率被改变，因此也改变方位角方向上的局部传播常数。任何拓扑荷的OAM都可以通过简单地改变相位板的厚度来创建。3D打印具有拓扑电荷（m=1）的相位板，并且使用太赫兹时域成像系统来表征太赫兹信号在通过板之后的幅度和相位。最后，我们给出了几种不同OAM状态的复用和解复用的无线太赫兹通信应用的实验装置和理论模拟。
2017-08-26 physics.optics
Experimental observation of anisotropic diffraction induced by orbital angular momentum
我们首次揭示了光束的衍射与其携带的轨道角动量（OAM）之间的直接关系。我们通过实验证明了一种新的现象，即我们预测的OAM可以通过OAM诱导各向异性衍射[Opt. Express，\textbf{26}，8084（2018）]，分别通过具有OAM的椭圆光束在线性和线性和非线性各向同性介质中的传播。在前一种情况下，当其携带的OAM等于所谓的临界OAM时，在自由空间中观察到螺旋椭圆高斯光束（基本本征模），对于没有OAM的光束，假设只存在具有柱对称性的本征模。在后一种情况下，观察到Desyatnikov等人[Phys.Rev.Lett，\textbf{104}，053902（2010）]预测的螺旋椭圆孤子在圆柱形铅玻璃中稳定传播。实验还证明了这种椭圆光束的功率可控旋转。
2019-09-16 nlin.PS physics.optics
Detuning Tunable OAM Generation via Double-$Λ$ Four-Wave Mixing in Hot Rubidium Vapor
Department of Electrical and Electronic Engineering, Ariel University（阿里埃尔大学电气与电子工程系）
本研究在热铷蒸气中利用双Λ四波混频实现失谐可调的OAM光产生，通过理论模型预测失谐相关空间增益整形对OAM的调控，经实验验证并确认OAM守恒，为结构光产生提供了紧凑可调的新平台。
2025-10-22 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Divergence-degenerated spatial multiplexing towards ultrahigh capacity, low bit-error-rate optical communications
轨道角动量（OAM）光束的空间模式（解）复用是解决未来带宽问题的有希望的解决方案，但是随着模式阶数的快速增加的发散严重限制了OAM模式的实际可寻址数量。在这里，我们提出了一组多涡旋几何光束（MVGB）作为高维信息载体，凭借三个独立的自由度（DoF），包括中心OAM，子光束OAM和相干态相位。新的模式基组具有高发散简并性，并且在所有空间模式之间具有高度一致的传播行为，能够将可寻址空间通道比OAM基增加两个数量级。实验实现了三自由度MVGB模式的复用（解复用）和基于共轭调制的移键控编/解码，并证明了中心偏移和相干背景噪声引起的超低误码率。我们的工作为下一代大规模密集数据通信提供了有益的基础。
2021-10-17 eess.SP physics.optics
Self-Healing Effects in OAM Beams Observed on a 28 GHz Experimental Link
本文首次在28 GHz室外毫米波实验链路上观察到了OAM无线电波束的自愈效应，证实该效应随OAM阶数增加而增强。
2024-02-07 eess.SP physics.optics
Controlling the biphoton orbital angular momentum eigenmodes using asymmetric pump vortex beam
我们报道了通过简单地调节抽运涡旋光束的非对称性来控制自发参量下转换过程中的双光子轨道角动量（OAM）本征模。通过调整对应于OAM模式l的相位绕组螺旋相位板（SPP）的光轴相对于光束传输轴的位置，将高斯光束变换为具有不同权重的OAM模式l，l-1，l-2，0的非对称涡旋光束。利用这种非对称涡旋抽运非线性晶体并控制其非对称性，我们定制了双光子OAM本征模的螺旋谱。计算施密特数的双光子，我们观察到的OAM本征模的螺旋带宽的增加，因此系统的维数。虽然我们已经限制了我们的研究，以显示通过简单地控制泵浦涡旋的不对称性的双光子的螺旋带宽的增加，我们可以，在原则上，通过操纵泵浦光束的大小和晶体长度，进一步提高纠缠态的维数。
2018-03-13 physics.optics quant-ph
On Small Beams with Large Topological Charge
光束可以携带离散的、原则上无限大的角动量。这种光束的例子，拉盖尔-高斯模式，经常被表示为傍轴波动方程的解。在那里，它们是轨道角动量（OAM）算符的本征态。傍轴解预测，具有大OAM的光束可以用于解决任意小的距离-一个可疑的情况。在这里，我们展示了如何解决这种情况下，计算光束的性质，从傍轴近似。我们发现令人惊讶的结果，确实可以解决更小的距离与更大的OAM，虽然与降低的可见性。如果能见度保持恒定（例如，在瑞利标准下，两个点可以合理区分的极限），则较大的OAM不会提供优势。可见度的下降是由于在传播方向上的场，这在近轴极限内被忽略。
2015-11-03 physics.optics quant-ph
Speckle-Driven Single-Shot Orbital Angular Momentum Recognition with Ultra-Low Sampling Density
Huaqiao University, College of Information Science and Engineering（华侨大学信息科学与工程学院）；Hong Kong Polytechnic University, Department of Biomedical Engineering（香港理工大学生物医学工程系）；Hong Kong Polytechnic University, Shenzhen Research Institute（香港理工大学深圳研究院）；The University of Hong Kong, Department of Electrical and Electronic Engineering（香港大学电气电子工程学系）；Shenzhen University, Nanophotonics Research Center, Shenzhen Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Technology, Institute of Microscale Optoelectronics（深圳大学纳米光子学研究中心、深圳市微尺度光学信息技术重点实验室微纳光电研究所）；Hong Kong Polytechnic University, Photonics Research Institute（香港理工大学光子学研究所）
该研究提出了一种基于斑点驱动的单次拍摄OAM识别方法，利用散射介质作为编码器，仅需16个采样点即可实现99%以上的识别准确率，展示了其在复杂环境中的高效光学信息处理能力。
2025-12-12 physics.optics
Versatile Non-diffracting Perfect Vortex Beams
涡旋光束在轨道角动量作用下，拉盖尔-高斯光束的存在严重阻碍了虚拟光束从光学操纵到高维量子信息通信的广泛应用，这就要求虚拟光束具有相同的横向尺度和发散度，甚至要求大的光学振幅调制具有小的涡旋环。另一方面，能够克服衍射而不发散的无衍射光束在包括原子光学和医学成像在内的许多应用中是非常令人回味的，并且确实很有吸引力。在这里，我们提出了一个全新的类型的VB具有OAM独立的半径，同时保持无发散的传播不变，以及自我修复的性质，命名为无衍射完美涡旋光束（NDPVB）的理论和实验证明。我们设计了一个基于傅立叶空间分析的多功能工具包，可以任意多维定制NDPVBs，使其具有传播强度和相位可控性，并具有自加速，自相似和自旋转等有趣的可定制行为。这超越了将横向平面定制为结构化光束中的更高维传播特性。对内部流动的深入理解揭示并证实了NDPVBs的多维定制是通过诱导相应的多维内部流动来控制的，有助于我们理解我们的传播特性设计方案如何操纵内部流动，揭示结构光束的结构形成和行为转变的本质。
2022-09-01 physics.optics
Majorana states for subluminal structured photons
真空中的光速$c$是自然界的基本常数。已经观察到由空间光调制器产生的属于有限横向尺寸的结构化光束的光子以群速度$v_g$行进，当在真空中传播时，该群速度也小于$c$ [1-3]。这是一种取决于梁几何形状的效果。从量子力学的角度考虑，这些光子在任何情况下都必须以光速传播。这个悖论可以通过考虑投射效应来解决。在这些实验中测量的群速度实际上是它在光束传播轴上的投影[4]。这取决于这些实验中使用的光束的发散度。我们已经发现，对于由等孔径源产生的携带轨道角动量（OAM）的超几何光束[5-8]，$v_g$服从类似于Majorana提出的玻色子和费米子相对论粒子的自旋和质量之间的OAM/速度关系。根据光束的几何特性，这种关系可以为OAM的替代估计或在光通信中实现时间缓冲铺平道路。
2018-02-17 physics.optics
Measuring an electron beam's orbital angular momentum spectrum
量子互补性指出，粒子，例如电子，可以在传播时表现出类似波的性质，例如衍射和干涉。由螺旋波阵面定义的\textit{Electron waves}被称为扭曲电子~ \cite{uchida:10,verbeeck:10,mcmorran:11}。这些电子还具有平行于其传播方向的量子化和无界磁偶极矩的特征，因为它们具有$-|e|$ ~ \cite{bliokh:07}的净电荷。当与磁性材料相互作用时，扭曲电子的波函数被固有地修改为~ \cite{lloyd:12b,schattschneider:14a,asenjo:14}。因此，这种变化激发了分析电子波函数的需要，特别是它们的波前，以获得有关材料结构的信息~ \cite{harris:15}。在这里，我们提出，设计，并证明了用于测量电子的方位角波函数，即其轨道角动量（OAM）内容的设备的性能。我们的设备由纳米级全息图设计，以引入电子波函数的像散和空间分离其相位分量。我们对$-10$和$10$的OAM值范围内的电子的纯OAM态和叠加OAM态进行了分类。我们采用该设备来分析受到微米级磁偶极子影响的电子的OAM光谱，从而建立了中场光学配置，我们的分选机可以是纳米级磁光谱的仪器。
2016-09-28 physics.optics quant-ph
Bridging Relativistic Twisted Fermion Beams and Photonic OAM Flux in Gauged Hopf Lattices: Emergent Topological Analogs
Independent researcher
研究通过数值模拟展示与规范霍普夫晶格耦合的拉盖尔 - 高斯扭曲光子包的类似系统，揭示其涌现行为，包括传播特征、相关数值及动力学等，为探索拓扑纹理提供光子平台，搭建相对论扭曲物质波与拓扑光子学的桥梁。
2026-07-21 physics.optics quant-ph
Quantum structured light: Non-classical spin texture of twisted single-photon pulses
Northeast Normal University（东北师范大学）；Purdue University（普渡大学）
本文提出量子结构光概念，建立单光子自旋与轨道角动量量子密度框架，揭示其非经典自旋纹理与量子涨落，为相关量子物理研究奠定基础。
2026-10-28 physics.optics quant-ph
