The Dynamics of the Transverse Optical Flux in Random Media
Delft University of Technology(代尔夫特理工大学)
研究随机介质中光学流动力学,揭示涡旋数随传播距离变化及稳态形成机制。
2026-01-30 physics.optics
Propagation of ultrashort electromagnetic wave packets in free space beyond the paraxial and slowly-varying-envelope approximations : a time-domain approach
本文提出了一种计算超短波电磁波包在傍轴和慢变包络近似下传播的时域方法。本文用摄动理论的解析方法求解了自由空间中的波动方程,而不需借助于傅立叶变换。本文用单色近轴光束的时间导数和空间导数的形式给出了精确解。讨论了径向极化横磁波包的特殊情况。
2004-11-17 physics.optics
"Spin" and "Orbital" Flows in a Circularly Polarized Paraxial Beam: Orbital Rotation without Orbital Angular Momentum
在具有圆偏振或椭圆偏振的光束中,横向能量流由“自旋”和“轨道”部分组成。它们都能诱导悬浮在光束场中的微粒做轨道运动,这在自旋-轨道角动量转换实验中应予以考虑。本文分析了圆形拉盖尔-高斯光束中自旋、轨道和总横向能流的特性,计算并分析了光束截面上的流图。自旋循环流的方向可以与轨道流和/或极化旋向性相反。结果,具有均匀圆偏振的光束的总横向能量循环可以在光束截面的不同区域中具有不同的旋向性,这些区域由零横向能量流的轮廓分开。对于粒子在束流截面内的位置,它可以进行可变参数的轨道、自旋或自旋-轨道组合运动。可能的应用,以光学驱动的微粒进行了讨论。
2009-08-18 physics.optics
Conservation of transverse orbital angular momentum for spatiotemporal optical vortices
Pusan National University(釜山国立大学)
本文通过去除窄带和近轴假设,证明了时空光学涡旋的横向轨道角动量在传播过程中保持守恒。
2025-12-10 physics.optics
Nonparaxial Cartesian and azimuthally symmetric waves with concentrated wavevector and frequency spectra
在本文中,我们开发了一种理论分析,以有效地处理叠加波与集中波矢量和频谱,允许一个简单的分析描述领域有趣的横向配置文件。首先,我们分析的傍轴形式主义,更适合叠加这些类型的波的扩展,因为它不依赖于使用坐标旋转结合傍轴假设。其次,最重要的是,我们利用所获得的结果来描述方位角对称波的叠加组成的零阶贝塞尔光束与近锥角,可以大到所需的,不像在傍轴形式主义。文中给出了曲率增强的艾里光束、非傍轴贝塞尔-高斯光束和圆抛物-高斯光束(基于笛卡尔抛物-高斯光束)的实验结果,并给出了不同方向光束叠加后的横向斑图。
2017-04-19 physics.optics
Non-Diffracting Polarisation Features around Far-Field Zeros of Electromagnetic Radiation
研究电磁辐射远场横向场零点伴随的非衍射偏振结构,发现其几何特征与距离无关,并在多极辐射和双缝干涉中验证了该现象。
2024-01-09 physics.optics quant-ph
Fabry-Perot microcavity spectra have a fine structure
光学腔可以支持许多横模和纵模。傍轴标量理论预测,这些模式的共振频率集群在不同的顺序。一个非傍轴矢量理论预测,这些集群内的频率简并被解除,使每个订单获得光谱精细结构,原子光谱中观察到的精细结构。在本文中,我们计算了这种精细结构的微腔,并显示它是如何起源于各种非傍轴效应,是共同决定的镜面像差。所提出的理论,它适用于微扰理论与边界条件的麦克斯韦方程组,被证明是非常强大的。它将法布里-珀罗腔的一维有效描述推广到三维多横模描述。因此,它提供了新的物理见解,在几个模式整形效应和详细的预测的精细结构的法布里-珀罗光谱。
2022-03-03 physics.ins-det physics.optics
Integral transformation solution of free-space cylindrical vector beams and prediction of modified-Bessel-Gaussian vector beams
给出了自由空间柱面矢量光束的统一描述,它是矢量亥姆霍兹方程和横截性条件的积分变换解。在这个解决方案中涉及的角谱的振幅2-形式可以任意选择。当两个元素之一时,我们到达横电或横磁束模式。在傍轴条件下,该解不仅包含了已知的$J_1$贝塞尔-高斯矢量光束和通过求解傍轴波动方程得到的轴对称拉盖尔-高斯矢量光束,而且预言了两种新的矢量光束,称为修正贝塞尔-高斯矢量光束。
2007-10-11 physics.optics
Spectral contraction from Gaussian beams to Helmholtz waves
Tecnológico de Monterrey(蒙特雷科技大学);Universidad Politécnica Metropolitana de Hidalgo(伊达尔戈大都会理工大学)
本文通过光学尺度比将可分离高斯光束与亥姆霍兹波联系起来,并展示了该尺度比如何将代数收缩与变形转化为光学极限,从而在多个层次上连接不同的高斯光束族和波族。
2026-10-20 physics.optics
Topological monopoles and currents in electromagnetic waves
奇异点,即参数不连续的位置,是电磁波中极为普遍的对象,因而是理解基波过程的关键。这些结构通常出现在纯粹相干的、高度定向的波中,例如激光束,决定了波场的附加空间或“拓扑”性质,而与它们的传播动力学无关。例如,波前的拓扑结构,称为相位奇点,为电磁波增加了轨道自由度。这些奇异性是所有类型的标量波所共有的,它们只由强度和相位分布来描述。由于电磁波是矢量波,因此其拓扑性质通常取决于导致空间和时间中的复杂场图案的所有场分量。这些模式可能包含向量场的未定义瞬时方向的奇点,即瞬时场(IF)奇点。在纯横向电磁波的零阶傍轴近似中,当原本无源的电磁波呈现出与二维“虚拟”电磁场源相关联的空间结构时,某些瞬时场分布可能携带表观拓扑单极。本文在傍轴近似下系统地描述了电磁波的电场和磁场的拓扑奇异性。我们还考虑了具有包含瞬时场奇异性的复杂横场结构的傍轴电磁波的重要类型。
2017-11-12 physics.optics
Spin-orbit-induced gauge field and spin Hall effects in quasi-paraxial fluids of light
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg(弗莱堡大学);Sorbonne Université(索邦大学)
本文发现准近轴光流体中自旋轨道相互作用自洽产生有效规范场,产生洛伦兹力并导致手性变形与自旋霍尔效应,以及波包进动。
2026-10-06 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Decoherence in matter-wave Talbot interference: A hydrodynamic probability-flow analysis
Universidad Complutense de Madrid(马德里康普顿斯大学)
研究环境诱导退相干对物质波塔尔博干涉的抑制,通过流体动力学概率流分析揭示退相干对干涉图案和动量分布的影响,展示退相干不必然同时导致干涉消失和动态路径分离丧失。
2026-09-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Spatial interference of light: transverse coherence and the Alford and Gold effect
本文研究了两束平行传输的高斯光束在横向间距可调的情况下的干涉。作为这种分离的函数的干涉图案导致我们确定原始光束的空间相干长度,以类似的方式,可以采用迈克尔逊-莫雷干涉仪来测量变换限制脉冲的时间相干性。此外,进行傅里叶变换的两束横平面,我们观察到的横向动量变量的强度调制。这一观察结果类似于迄今为止在时间和频率变量中报道的Alford和Gold效应。
2016-02-04 physics.optics
Multipolar Origin of the Unexpected Transverse Force Resulting from Two-Wave Interference
本文从理论上研究了TE和TM平面波叠加后与球体相互作用所产生的电磁力。具体来说,我们首先表明,在这样的照明条件下,球受到横向的波的传播方向的力。然后,我们分析了这种违反直觉的行为的物理起源,使用多极分解的电磁模式中涉及的散射过程。该分析表明,干涉效应,由于两波照明,导致一个Kerker样的非对称散射行为,导致这种特殊的横向力。
2020-05-06 physics.optics
Scaling analyses based on wavelet transforms for the Talbot effect
横向Talbot图像的分形特性进行了分析与两个著名的缩放方法,小波变换模极大值(WTMM)和小波变换多重分形去趋势波动分析(WT-MFDFA)。我们使用奇异谱的宽度,Δ α = α_H-α_min,作为这些Talbot图像的特征。这两种方法的q矩的τ标度指数在q中是线性的,证明了这些图像的横向衍射傍轴场是单分形的
2013-04-13 physics.optics
Extraordinary transverse spin: Hidden vorticity of the energy flow and momentum distributions in propagating light fields
空间非均匀电磁导模场具有与极化相关的横向动量、与螺旋无关的横向自旋、自旋相关的非互易性和单向传播等复杂的动力学性质。Acad. Sci. 118(2021)e2018816118]将波的自旋与动量的旋度联系起来。在这里,这种对应关系的意义,限制和具体形式的进一步调查,涉及物理上透明的和一致的例子,近轴光场,平面波叠加和倏逝波。得出结论:自旋动量方程是导波的一个属性,具有明确的传播方向,它统一了螺旋度无关的“异常”横向自旋和空间不均匀的纵向场动量(能流)密度。物理类比与分层流体动力学流动和其他波场可能的推广进行了讨论。所得结果对光学俘获、操纵和数据处理技术有一定的参考价值。
2021-06-05 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
Transverse spin and momentum in two-wave interference
我们分析了两个电磁平面波(频率相同,波矢不同)形成的干涉场,发现这种干涉场揭示了局域动量和自旋密度的丰富和高度非平凡的结构。尽管双波系统是平面的,并且已经被广泛研究过,但是我们发现它具有与横向(平面外)螺旋无关的自旋密度,以及与横向偏振相关的动量密度,并且具有不寻常的物理性质。依赖于偏振的横向动量代表所谓的贝林凡特自旋动量,它不施加通常的光压力,在场论中被认为是“虚”的。我们进行分析估计和精确的数值模拟的相互作用的两波场与探针米氏粒子。这些计算的结果清楚地表明,不寻常的自旋和动量性质的双波场的直接检测,并强烈激励他们未来的实验验证。
2015-03-21 physics.optics
Momentum-entangled two-photon interference for quantum-limited transverse-displacement estimation
本文提出利用偏振纠缠光子对的横向动量采样干涉估计横向位移,使精度随横向动量差提升并达到量子极限,且与位移大小无关。
2025-03-17 physics.optics quant-ph
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
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
Macroscopic quantum effects for classical light
利用波动方程的精确解析解,研究了光束在非均匀线性介质中传输的宏观量子光学效应(薛定谔猫态、压缩、坍缩和回复)。结果表明,宏观可分辨态的相干叠加是由初始离轴单波包通过模干涉产生的。保真度> 99%的压缩猫态周期性地出现,并在有限的传播距离内迅速消失。证明了由于模式干涉导致的波包在长期非傍轴演化过程中的崩溃和恢复。振荡的光束轨迹与非常小的振幅的顺序为10-19米,这是典型的估计造成的宇宙引力波在引力波探测器的位移发生。
2014-07-18 physics.optics quant-ph
Morphological properties of 2D symmetric Airy beams extracted from the stationary wave approximation
研究了对称艾里光束在傍轴和非傍轴区域的形态学性质。我们考虑具有单个横向电场分量的2D电磁实现,并且在非傍轴区域中,具有沿着光轴的纵向分量。这些光束的一般结构进行了分析与几种方法的组合:几何光学通过使用焦散线,渐近波的光场的性质,使用驻波近似和数值积分。几何光学方法涉及定位临界点,这些临界点随后用于定相近似。在傍轴区域,根的最高阶数是3,而在非傍轴区域,阶数可以高达6。该技术产生的条件,以确定有趣的功能的光束,如波的数量在关键位置的建设性/破坏性的干扰。数值模拟结果证实了这一结论。通过这种方式,可以区分和分类相位奇点,如光学涡旋和位错。该算法可用于研究任何结构光场。
2019-07-24 physics.optics
Wave-optical formulation of the image-rotation property in Dove prisms: A Fourier-optics approach
Semnan University(塞姆南大学);University of Trieste(的里雅斯特大学);National Institute of Optics (CNR-INO)(国家光学研究所(CNR-INO));Amirkabir University of Technology(阿米尔卡比尔理工大学)
本文利用傅里叶光学推导出Dove棱镜输出电场复振幅的积分公式,解释了图像旋转角度为棱镜旋转角两倍的特性,并考虑了偏振、菲涅尔损耗等波动光学效应。
2026-06-23 physics.app-ph physics.optics
Wide-Angle Invisible Dielectric Metasurface Driven by Transverse Kerker Scattering
干涉是惠更斯源设计的基石,用于重塑和控制散射图案。传统的支撑原理,例如对于Kerker效应,是电和磁偶极子和四极模的干涉。本文提出了一种仅利用电偶极子和磁四极子干涉实现横向Kerker散射的途径。该方法在超薄硅方纳米片超颖表面上进行了数值验证,并通过多极分解得到进一步验证。超颖表面被证明是不可见的fornear-infrared波长和增强的电场在该地区的纳米粒子。此外,我们进一步开发所提出的方法与实际实施的隐形应用,通过探索的影响的纵横比的方板纳米谐振器,粒子间的分离,和基板的存在。进一步证明了横向磁平面波在斜入射至60°时的不可见性。结果是相关的惠更斯超颖表面设计完美的反射器,不可见性和设备的谐波发生操作。
2021-01-13 physics.optics
Quantum Interference between Transverse Spatial Waveguide Modes
集成量子光学已经将桌面光学实验的尺寸大幅减小到芯片级,从而允许大规模量子信息处理和量子模拟的演示。然而,尽管有这些进步,量子光子电路的实际实现仍然有限,因为它们由波导干涉仪的大型网络组成,这些网络对不易缩放的信息进行路径编码。使用更高的自由度(如横向空间场分布、极化、时间和频率)来增加当前量子系统的维数,以每个载波编码更多信息,这将通过简化量子计算架构、提高量子通信信道的安全性和噪声容限以及模拟更丰富的量子现象来实现可扩展性。在这里,我们展示了一个可扩展的光子量子信息处理平台,该平台使用基于横向空间模式自由度的波导量子线路构建模块:模式多路复用器和模式分束器。多模波导固有地是可以通过扰动耦合到波导的空间和偏振模式的密集封装系统。我们设计了一个多模波导组成的三个空间模式(每偏振)和一个纳米级光栅分束器,以显示在不同的横向空间模式的光子对之间的可调量子干涉。我们还级联这些结构,并证明NOON状态的多模波导内的干涉。这些设备有潜力在更多模式上执行转换,并与现有架构集成,为高维希尔伯特空间和纠缠提供可扩展的路径。
2016-01-01 physics.optics quant-ph
Transverse spin and transverse momentum in scattering of plane waves
研究了球形散射体散射波的自旋角动量密度和坡印廷矢量的近场到远场演化。结果表明,在近场,SAM密度和坡印廷矢量主要由其横向分量决定。前者(横向SAM)与入射圆偏振态的螺旋度无关,而后者(横向坡印廷矢量)则取决于偏振态。它进一步表明,横向SAM和横向动量分量的幅度和空间范围可以通过利用横向电和横向磁散射模式的干涉可控地增强。
2016-06-06 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
Propagation of localized optical waves in media with dispersion, in dispersionless media and in vacuum. Low diffractive regime
本文系统地研究了超短激光脉冲在色散介质、无色散介质和真空中的线性传输。振幅包络的应用方法提供了机会,以估计缓慢warning振幅近似的限制,并描述振幅积分微分方程,在单周期制度的光脉冲的传播。将著名的缓变振幅方程和真空振幅方程写成无量纲形式。获得了定义光脉冲演化的不同线性区域的三个参数。与以往的研究相比,我们证明了在飞秒区域非傍轴项并不小,可以支配横向拉普拉斯算子。用傅里叶变换法求解了归一化振幅非傍轴方程。我们得到了具有不同于Fresnel谱核的基本解,并与空气中的近轴光的衍射光束作了比较,得到了一个意想不到的新结果:具有球面和椭球空间形状的光脉冲的横向放大相对稳定。在这里,重要的是要强调光盘的情况,即纵向尺寸比横向尺寸小的脉冲,在某些部分情况下,在几千公里的距离上实际上是无衍射的。提出了一个计算光脉冲衍射长度的新公式。
2008-01-14 physics.optics
Complex Gaussianity and spatio-frequential memory effect of random wave processes
本研究在伊藤-薛定谔近轴模型弱耦合机制下,揭示了波场散斑的多尺度特征:宏观包络满足确定性扩散方程,局部波场为复高斯过程,并证实了异质介质中激光传播的色-空间记忆效应。
2025-10-10 math.AP math.PR physics.optics
Video recording true single-photon double-slit interference
如通常使用的,没有商业上可获得的相机具有足够低的暗噪声以在逐光子水平直接产生双缝干涉的视频记录,因为读出噪声显著地污染或干扰信号。在这项工作中,噪声水平显着降低打开相机只有当光子的存在已经预示着到达,在一个独立的检测器,通过参数下转换产生的时间相关的光子。这种触发方案提供了单光子杨氏双缝实验的直接视频成像所需的改进,允许这个基础演示的澄清版本。此外,我们介绍了这个实验的变化,旨在促进讨论的作用空间相干性在这样的测量。我们还强调了单光子测量的互补方面,其中成像产生(横向)位置信息,而衍射产生的横向动量,并强调了下转换光子之间的横向位置和动量相关性的作用,包括“鬼”成像和衍射的例子。这些视频可以在http://sun.iwu.edu/~gspaldin/SinglePhotonVideos.html在线访问。
2016-03-15 physics.ed-ph physics.optics quant-ph
Talbot self-imaging in $\mathcal{PT}$-symmetric complex crystals
Talbot效应是周期波在近场衍射中的自成像特性,是具有连续平移不变性的傍轴系统中的一种显著干涉现象。在晶体中,即具有离散平移不变性的系统中,自成像一直被认为是一种罕见的效应,仅限于特定的初始场分布。在这里,它表明,在一类无间隙的$\mathcal{PT}$对称复杂的晶体在对称性破缺阈值Talbot复兴可以出现几乎任何初始周期波分布,这是相称的晶格周期。一个可能的实验实现相称的泰伯自成像的光脉冲在复杂的“时间”晶体,实现在一个光色散光纤环的振幅和相位调制器,简要讨论。
2014-09-28 physics.optics quant-ph
High-dimensional two-photon interference effects in spatial modes
双光子干涉是一种基本的量子光学效应,在量子信息科学中有着广泛的应用。本文研究了单光路中多个横模空间双光子干涉,除了用二维空间模分束器模拟Hong-Ou-Mandel干涉外,还将该方案推广到不同的三维和四维空间模多端口中观察并合和反并合现象。空间模式内的操作,沿着一个单一的光束路径,提高了对干涉稳定性的要求,并开辟了新的途径,实现复杂的量子信息任务的线性光网络。
2021-03-08 physics.optics quant-ph
Momentum-resolved two photon interference of weak coherent states
Agenzia Spaziale Italiana - Matera Space Center(意大利航天局马泰拉太空中心)
本研究通过动量分辨双光子干涉技术实现高精度位置测量,突破传统干涉限制,应用于高分辨率成像及量子信息处理。
2025-12-12 physics.optics quant-ph