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
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
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
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
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
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
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
Propagation Dynamics of Photonic Toroidal Vortices Mediated by Orbital Angular Momenta
Shandong Normal University（山东师范大学）；University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）
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
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
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
Optical momentum distributions in monochromatic, isotropic random vector fields
本文研究三维单色随机场中Poynting动量密度的轨道与自旋分解，发现各向同性随机场中两者大小分布相同，且通过空间关联函数揭示了复杂光场中不同光学动量的组织差异。
2024-02-13 physics.optics
Orbital Angular Momenta and Geometric Phase Characteristics of Spin-polarized Components of a General Paraxial Beam-field
本文利用 Barnett 通量形式体系表征一般傍轴光束自旋极化分量的 OAM 通量密度，揭示 SOI 与几何相位，并提出将空间相位转入偏振域的直接测量方法。
2024-06-12 physics.optics
Dynamic Spatiotemporal Beams that Combine Two Independent and Controllable Orbital-Angular-Momenta Using Multiple Optical-Frequency-Comb Lines
本研究通过相干叠加多条携带单l多p LG模式叠加态的光频梳谱线，数值生成了同时具备自转与公转特性、参数可调的高纯度动态时空OAM光束，为结构光调控提供了新途径。
2019-04-30 physics.optics
Angular momenta, helicity, and other properties of dielectric-fiber and metallic-wire modes
自由空间电磁场中光的自旋和轨道角动量（AM）已经得到了很好的研究，甚至是非傍轴的。这些概念的重要应用之一是使用AM模式的信息传输，通常通过光纤和其他引导系统。然而，光在光学介质（包括色散和金属情况）中的自旋和轨道AM的自洽描述只是最近才提供的[K.Y. Bliokh等人，物理修订信函119，073901（2017）]。在这里，我们提出了第一个准确的计算，分析和数值，自旋和轨道AM，以及螺旋度和其他属性，圆柱形电介质和金属（纳米线）波导的全矢量本征模。我们发现显着的基本关系，如在一般的非傍轴情况下的圆柱形导模的正则总AM的量子化。这种量子化，以及自旋和轨道AM的非整数值，由模场中的广义几何和动力学相位决定。此外，我们表明，金属丝模式的自旋AM是确定的，在几何光学近似下，由表面等离子体极化激元的横向自旋沿螺旋轨道上的导线表面上传播。我们的工作提供了一个坚实的平台，为未来的研究和应用的AM和螺旋性质的引导光学和等离子体波。
2018-07-17 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
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
Conservation of the spin and orbital angular momenta in electromagnetism
我们回顾和重新检查的描述和分离的自旋和轨道角动量（AM）的电磁场在自由空间。虽然光的自旋和轨道AM在正统量子力学或经典场论中不是单独有意义的物理量，但这些量通常被测量并用于光学应用。最近几位作者提出了一种对光的自旋和轨道AM有意义的量子描述，分别描述了这些量的守恒和可测量的积分值。然而，电磁场论仍然缺乏相应的局部守恒的自旋和轨道AM电流。在本文中，我们构造这些丢失的自旋和轨道AM密度和通量，满足适当的连续性方程。我们表明，这些是物理上可测量的和守恒量。然而，这些都不是洛伦兹协变的，所以只有在测量探头的单个实验室参考系中才有意义。我们得到的通量提高了规范（非保守）的自旋和轨道AM通量，并包括一个“自旋轨道”项，描述了在非傍轴光场中观察到的自旋轨道相互作用的影响。我们还考虑了电磁场论的标准和双对称形式。将一般理论应用于非傍轴涡旋光束验证了我们的结果，并使我们能够区分早期的方法来解决这个问题。我们的治疗产生的自旋和轨道AM的自由麦克斯韦场的量子力学和场论方法的完整和一致的描述。
2014-08-03 physics.optics quant-ph
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
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
Enhancing Near-Field Optical Tweezers by Spin-to-Orbital Angular Momentum Conversion
光的近场图案提供了一种在纳米光子学、微生物学和纳米技术中的各种应用中光学捕获、递送和分选单个纳米级颗粒的方法。利用严格的电磁场理论，研究了携带自旋和轨道角动量的近场光镊的作用力和捕获性能。假设捕获场是由全内反射显微镜物镜在玻璃-水界面处产生的，其中大部分透射光是瞬逝的。我们发现这些镊子的新方面，包括旋转和稳定捕获纳米级珠子的可能性。更重要的是，我们表明，在近场条件下，自旋和轨道角动量的贡献的小粒子的旋转几乎是相等的，打开的可能性，相互抵消时，他们有相反的符号。我们表明，这些条件导致最佳的光阱，产生非常有效的光镊nanomipulation，具有圆对称性和相对较弱的旋转。
2022-05-31 physics.optics
Angular Momenta and Spin-Orbit Interaction of Nonparaxial Light in Free Space
我们给出了一个精确的自洽算子描述的自旋和轨道角动量，位置和自旋轨道相互作用的非傍轴光在自由空间。量子算符形式主义和经典的能量流方法。我们将一般理论应用于对称和非对称贝塞尔光束，表现出自旋和轨道相关的强度分布。精确的波的解决方案是清楚地解释的贝里相位，量化的焦散线，和霍尔效应的光，这可以很容易地观察到实验。
2010-12-22 hep-th physics.optics quant-ph
Quantum orbital angular momentum of elliptically-symmetric light
对最近发现的一类椭圆对称稳定光场--Ince-Gauss模的轨道角动量进行了量子力学分析。我们研究，在一个完全的量子形式主义，这些光束的轨道角动量如何随其椭圆率的变化，并发现了几个引人注目的功能，包括：非单调行为，稳定的光束与真正的连续（非整数）的轨道角动量，和正交模式具有相同的轨道角动量。我们探索并详细解释了这种行为的原因。这些特性可能在量子密钥分发、原子捕获和量子信息学中有应用-因为椭圆率开辟了一种新的方式来导航光子希尔伯特空间。
2012-08-09 physics.optics quant-ph
Torque of guided light on an atom near an optical nanofiber
本文用解析和数值方法计算了光场作用于光学介质附近的二能级原子的轴向轨道力矩和自旋力矩。我们表明，这些扭矩的产生是由角动量守恒定律的闵可夫斯基制定。光纤附近原子的轨道力矩来自自发发射光子的平均反冲。光子的角动量和原子的自旋角动量可以转换成原子的轨道角动量。被引导光场的轨道角动量和自旋角动量并不分别转移到原子的轨道角动量和自旋角动量上。
2019-05-10 physics.optics quant-ph
Compton Scattering of a Twisted Light
描述了康普顿散射时光子轨道角动量的变化。从轨道角动量的基本守恒出发，确定了扭曲光的散射矩阵。两种不同的扭曲光模式：拉盖尔高斯和贝塞尔高斯，数值生成和说明。我们的分析表明，光子轨道角动量的状态是高度可变的广角散射，但更一致的小角度散射。
2017-07-19 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
Brillouin light scattering by magnetic quasi-vortices in cavity optomagnonics
铁磁球可以支持回音壁模式形式的\textit{optical vortices}和具有非平凡自旋纹理的静磁模式形式的\textit{magnetic quasi-vortices}。这些涡旋可以用它们的轨道角动量来表征。我们在实验上研究了静磁模式中磁振子对回音壁模式中光子的布里渊散射，并将注意力集中在光涡旋和磁准涡旋之间的轨道角动量交换上。我们发现，在布里渊光散射中，轨道角动量守恒导致不同的非互易行为。将轨道角动量作为腔光磁学的一个新自由度，可以为手征光学和光自旋电子学开辟新的途径。
2017-11-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
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
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
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
Formulation of the twisted-light--matter interaction at the phase singularity: beams with strong magnetic fields
物质与奇异光场相互作用的公式需要特别注意。在最近的一篇文章中[Phys.修订版~ A { \bf 91}，033808（2015）]我们已经表明，描述具有平行轨道和自旋角动量的扭曲光束与位于接近相位奇点的小物体的相互作用的哈密顿量只能用光束的电场来表示。在这里，我们补充我们的研究提供了一个相互作用的哈密顿量具有反平行轨道和自旋角动量的光束。这样的光束可能表现出异常强的磁效应。我们进一步扩展我们的配方径向和方位角偏振光束。我们的公式的优点是，对于所有的光束的哈密顿量只写在电子和磁场的光束，因此它是明显的规范不变。此外，它是直观的，通过类似的偶极电和偶极磁矩近似的公知的表达式。
2016-09-26 physics.optics
Orbital Angular Momentum Microlaser with Tunable Degree of Chirality and Large Quantum Numbers
具有轨道角动量的手征微激光器是发展集成高维光子器件的一个很有前途的平台。然而，任意操纵OAM的手性程度和量子数仍然具有挑战性。在此，我们提出并证明了由微激光器产生的具有可调手征度和大量子数的OAM代。通过设计一种光子势分布不均匀的光学微腔，可以通过控制泵浦位置，实现OAM激光器不对称因子从-1到+1的连续调谐。同时也产生了高阶涡旋，其中最大的量子数达到352。我们进一步证明了在空间和时间域中的多涡旋激光产生。该研究为基于微激光器操纵OAM的手性提供了一种新的机制，在高维信息处理中具有巨大的潜力。
2022-08-25 physics.optics
The Angular Momentum of Topologically Structured Darkness
我们从理论上分析和实验测量分数涡旋光束中发现的拓扑结构黑暗的外在角动量贡献，并表明这种结构黑暗可以解释为在相位不连续的产生光学倏逝波。我们还演示了第一次直接测量的光的固有轨道角动量的内在和外在的角动量，并解释了为什么分数涡旋的总轨道角动量不匹配的缠绕数，其产生的相位。
2017-09-27 physics.optics
A Simple Analytical Model of the Angular Momentum Transformation in Strongly Focused Light Beams
提出了一种描述强聚焦光学系统中矢量光束变换的光线光学模型。与通常的基于焦平面附近的聚焦场分布的方法不同，我们采用直接在出瞳附近形成的变换光束图案。在该截面中，输出场分布的细节具有较小的物理意义，但是适当地允许入射光束偏振状态的变换。这使得能够获得自旋和轨道角动量表示，这是有效的变换光束空间中的任何地方。对于只受圆孔限制的横向均匀圆偏振入射光束，给出了简单的解析结果。分析了输出光束的自旋和轨道角动量的行为及其与聚焦强度（孔径角）的关系。所得到的解析结果与空间非均匀高斯光束和拉盖尔-高斯光束的计算结果在定性和定量上都有很好的一致性。在拉盖尔-高斯光束的应用中，该模型为分析已经具有自旋和轨道角动量混合的光束的角动量变换提供了可能。该模型为自旋-轨道角动量转换的定性分析提供了有效和物理透明的手段。它可以推广到具有复杂空间结构和偏振结构的入射光束。
2009-10-01 physics.optics
Electromagnetic dynamical characteristics of a surface plasmon-polariton
我们认为，在支持表面等离子体极化激元（SPP）传播的条件下，两种介质之间的界面附近的电磁场与任意实频率相关的折射率和磁导率。基于最近描述复杂介质中电磁场的自旋和动量的方法[Phys.Rev.Lett. 119，073901（2017）; New J. Phys.，19，123014（2017）]。它涉及到闵可夫斯基动量分解成自旋和轨道部分与色散修改的磁导率和磁导率。导出了横磁SPP场的能量、能流、自旋动量、轨道动量和角动量的空间密度的显式表达式。它们不受非物理奇点的影响;唯一的奇异贡献描述了自旋动量的严格局部表面部分，该部分可以与SPP支撑结构的导电部分中的磁化电流相关联。在此基础上，一个唯象理论的SPP诱导磁化（预测较早的基础上，简化的微观方法）的概述。可能的修改和推广，包括横向电（TE）SPP波，进行了讨论。
2019-02-01 physics.optics
Spin-to-orbital angular momentum conversion in spin Hall effect of light
从经典电动力学的观点出发，研究了自旋-轨道角动量转换在光自旋霍尔效应中的作用。我们引入了自旋和轨道角动量之间的明显分离，以澄清自旋轨道相互作用的SHE的光。我们证明了折射率梯度可以增强或抑制自旋-轨道角动量转换，从而可以控制常规光束折射中的SHE。我们认为，折射率可以任意定制的超材料可能成为放大或消除光的SHE的良好候选者，并且通过适当地促进自旋到轨道角动量转换，SHE可能会显着增强。由自旋-轨道角动量转换控制的横向位移为我们提供了一个清晰的物理图像，以阐明折射率梯度在光的SHE中的作用。这些发现为调节光的SHE提供了一条途径，并且可以外推到其他物理系统。
2011-06-10 physics.class-ph physics.optics
Bragg-induced orbital angular-momentum mixing in paraxial high-finesse cavities
对平凹微腔矢量电磁模的数值计算表明，平面布拉格反射镜的偏振相关反射率会导致名义傍轴模产生意想不到的腔场分布。即使在旋转对称共振器中，某些轨道角动量对也必然以与激发无关的方式混合以形成双重态。一个特征的混合角被确定，即使在近轴的限制，可以被设计为具有大的值。这种对高斯理论的修正在偏离傍轴性方面是零阶的。我们讨论了由此产生的非均匀偏振场。观测将需要具有足够高Q值的小腔。提出了可能的应用。
2004-12-04 physics.class-ph physics.optics
Inverse-Faraday effect from the orbital angular momentum of light
通常认为，逆法拉第效应（IFE）起源于光的自旋角动量（SAM）。在本文中，我们的证据表明，在金属的IFE的一部分是由光的轨道角动量（OAM）引起的。基于传导电子气的流体动力学模型，本文描述了非傍轴光束中IFE对自旋和轨道角动量以及自旋-轨道相互作用的依赖关系。我们还数值量化了光的SAM和OAM对金薄膜中IFE的相对贡献，该金薄膜由携带SAM和/或OAM的不同聚焦光束照射。光的OAM在IFE和所产生的光磁场的控制中提供了新的自由度，从而潜在地影响包括全光磁化切换和自旋波激发在内的各种研究领域。
2021-10-08 cond-mat.mes-hall 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
Photon orbital angular momentum and torque metrics for single telescopes and interferometers
上下文光子轨道角动量（POAM）通常在量子力学背景下调用。然而，它也可以适用于经典体系，其中包括观测天文学。目标。我解释了为什么POAM数量是描述天文系统端到端行为的优秀指标。为了证明他们的效用，我计算POAM的概率和扭矩从全息测量EVLA天线表面。方法.与以前定义的概念和演算，我提出了通用表达式POAM光谱，总POAM，扭矩谱，总扭矩在图像平面。我扩展这些功能的形式来描述特定的POAM行为的单个望远镜和干涉仪。结果空间不相关的天文源的POAM概率在量子数上是对称的。这样的物体在天球上具有零固有总POAM，这意味着在像平面中的总POAM与由传播介质和仪器内的像差引起的总扭矩相同。总转矩可分为与源无关的分量和非源分量，非源分量又可写成三种形式。对于干涉仪，合成孔径的离散采样会产生复杂性，但它们是可以克服的。POAM还表现在阵列中每个望远镜的切趾中。观察点源的EVLA天线的全息图表明，在n = 0状态中的~ 10%的光子被扭转到n！0个州。结论. POAM量代表了表征仪器的优秀指标，因为它们用于同时描述振幅和相位像差。相比之下，泽尼克多项式只是微分方程的解，其恰好对应于特定类型的像差，并且通常用于仅拟合相位。
2012-03-09 astro-ph.IM physics.optics
Spin-to-Orbital Conversion of Angular Momentum in Harmonic Generation Driven by Intense Circularly Polarized Beam
首次提出并研究了一种基于强圆偏振激光与平面薄膜相互作用实现自旋-轨道角动量转换的新物理机制。通过理论分析和数值模拟，证实了相对论CP激光束（即使是高斯光束）垂直入射平面薄膜后，会产生携带轨道角动量（OAM）的涡旋谐波。这种涡旋谐波的产生是由于等离子体表面的涡旋振荡由CP束的涡旋纵向电场谐波驱动。在谐波产生过程中，由于总角动量守恒，基频光子的自旋角动量转化为谐波光子的OAM。此外，如果采用初始涡旋光束或螺旋相位板，谐波光子的OAM可以更好地调谐和控制。
2019-03-12 physics.optics physics.plasm-ph
Demonstration of electron helical dichroism as a local probe of chirality
本文报道了在一种具有手征结构的材料上观察到的电子螺旋二向色性。在类比圆二色性，一种常见的技术分子结构指纹，我们使用纳米制造的分叉衍射光栅，以制备电子涡旋束与相反的轨道角动量入射到金属纳米粒子团簇和后选择为零轨道角动量的最终状态。我们观察到的差异的微分散射概率的轨道角动量转移从相反的旋向入射在手性铝纳米粒子团簇在3.5 $\pm$ 0.8 eV的涡旋。我们认为，所观察到的电子螺旋二向色性是由于表面等离子体激元涡旋的激发。电子螺旋二向色性使得能够在宽能量范围内以前所未有的空间分辨率测量手性。
2015-07-05 cond-mat.mtrl-sci 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
Spin-Orbit States of Neutron Wavepackets
我们提出了一种制备中子波包的自旋和轨道角动量之间的自旋轨道纠缠态的方法。这种自旋-轨道状态是通过使中子穿过四极磁场的中心而产生的，四极磁场提供了自旋和轨道自由度之间的耦合。一个拉姆齐条纹类型的测量建议作为一种手段来验证自旋轨道相关性。
2016-10-18 nucl-ex physics.optics quant-ph
Wigner functions for the pair angle and orbital angular momentum: Possible applications in quantum information
给出了两篇文献[H. A. Kastrup，Phys.Rev. A 94，062113（2016）和Phys.Rev. A 95，052111（2017）]被应用于量子信息的基本概念，如量子比特和2-量子比特，例如，纠缠态EPR/Bell态等，讨论并说明了这些叠加态（纯态和混合态）的关联Wigner函数的性质。ERP/Bell态的维格纳函数通过它们在全相空间的组态子空间S^1xS^1（一个环面）上的拓扑“扭曲”域来区分。与Wigner函数在量子光学中的应用一样，本文的结果也可用于描述和分析光束或电子束轨道角动量的量子信息实验。
2019-08-15 math-ph math.MP physics.data-an
