Time resolved optical response of the Dicke's model via the nonequilibrium Green's function approach
本文利用非平衡格林函数方法研究Dicke模型中的二次谐波产生，发现该方法与精确对角化结果高度一致，并揭示无序和电子-电子相互作用会削弱SHG信号，同时提出修正方案以处理腔泄漏效应。
2023-12-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Frequency comb formation in doubly resonant second-harmonic generation
从理论上研究了双谐振腔内倍频中光学频率梳及相应脉冲序列的产生。我们发现，尽管现实腔系统的大时间走离特性，非线性动力学可以准确和有效地使用一对耦合的平均场方程建模。通过严格的稳定性分析系统的稳态连续波的解决方案，我们表明，走离可以引起一个新的，以前未探索的制度的时间调制不稳定性（MI）。在这一制度下进行的数值模拟揭示了丰富的动力学行为，包括出现的时间模式，对应于相干光学频率梳。我们还证明，两个耦合方程，支配双谐振腔的行为，在典型的条件下，可以减少到一个单一的平均场方程类似于描述单谐振腔SHG的动力学[F. Leo等人，物理修订版信函116，033901（2016）]。这种减少的方法使我们能够得到一个简单的表达式MI增益，从而允许获得显着的洞察到底层的物理。我们预计，我们的工作将产生广泛的影响，在新兴的双谐振腔倍频平台，包括二次非线性微谐振器的频率梳的研究。
2016-03-23 physics.optics
Numerical analysis of LG33 second harmonic generation in comparison to the LG00 case
为了在未来的引力波探测器中降低涂层布朗热噪声，建议使用螺旋拉盖尔-高斯LG 33模式的光来代替目前使用的LG 00模式。然而，量子噪声的同时减少则需要在LG 33模式中有效地产生压缩真空态。当前的压缩光产生技术采用连续波二次谐波产生（SHG）。在这里，我们模拟的SHG两种模式的数值推导出第一个洞察标准的压缩光产生技术的LG 33模式的可转移性。因此，在本文的第一部分中，我们从理论上讨论了在单个未耗尽泵浦模式的情况下的二次谐波，在一般情况下，激发谐波模式的叠加。基于谐波场的微分方程，我们推导出各个相位匹配条件，从而激发谐波模式的转换效率。在第二部分中，我们分析了LG 00和LG 33在单通、双通和腔增强结构下，在聚焦、不同的泵浦光强分布和单独的相位匹配条件的影响下的数值模拟。我们的研究结果预测，LG 33模式需要约14倍的泵浦功率的LG 00模式，以实现相同的倍频转换效率在一个理想的，现实的腔设计，主要产生谐波LG 66模式。
2020-11-09 physics.optics
Doubly resonant photonic crystal cavity using merged bound states in the continuum
本文提出利用合并连续域束缚态设计双谐振光子晶体微腔，通过超胞模式匹配实现约6000% W-1的二次谐波产生效率，显著优于孤立BIC。
2022-11-03 physics.optics
Low-power continuous-wave second harmonic generation in semiconductor nanowires
半导体纳米线由于其纳米尺度的横向约束和强的光-物质相互作用，有望实现各种片上非线性光学器件。然而，通常需要高强度脉冲泵浦激光器来利用其光学非线性，因为光与纳米尺寸的线的耦合很差。在这里，我们展示了微瓦连续波光泵浦二次谐波产生（SHG）在AlGaAs纳米线集成硅平面光子晶体腔。在亚波长尺度上，通过极端局域化的腔模有效地增强了光-NW耦合。强SHG获得，即使用连续波激光激发与泵浦功率下降到~3 uW，和腔增强因子估计约150。此外，在集成器件中，NW的SHG比硅板中的三次谐波产生强两个数量级以上，尽管NW仅与小于1%的腔模耦合。NW的非线性频率转换的这种显著降低的功率需求将促进用于非线性光学的基于NW的构建块，特别是在芯片集成相干光源、纠缠光子对和信号处理设备中。
2018-08-14 physics.optics
Directly determining orbital angular momentum of ultrashort Laguerre-Gauss pulses via autocorrelation measurement
基于二次谐波产生（SHG）的自相关测量是测量超短脉冲持续时间的最著名技术，可以追溯到超快激光器的诞生。在这里，我们提出并实验证明，这种成熟的技术也可以用来测量超短拉盖尔-高斯（LG）脉冲的轨道角动量。通过分析倍频信号的远场图案，超短LG脉冲的完整空间结构，包括方位角和径向指数，明确地确定。我们的研究结果提供了一个重要的进步，完善的自相关技术，通过扩展它，以达到其在激光表征，特别是结构超短脉冲的全部潜力。
2022-04-09 physics.optics
Coupled orbital angular momentum conversions in a quasi-periodically poled LiTaO3 crystal
实验研究了准周期极化钽酸锂晶体中耦合非线性光学过程的轨道角动量转换。在这种晶体中，三次谐波产生（THG）通过耦合的二次谐波产生（SHG）和和频产生（SFG）过程来实现，即，SHG依赖于SFG，反之亦然。在这种耦合非线性光学过程中，相互作用波的OAM被证明是守恒的。实验中，随着输入OAM的增加，由于基频光强度的降低，转换效率降低。我们的研究结果提供了更好的理解的OAM转换，它可以用来有效地产生一个光学OAM状态在一个短波长。
2016-01-11 physics.optics
Second-Harmonic Generation at a Fourth-Order Exceptional Point Degeneracy
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Università degli Studi di Brescia（布雷西亚大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）
通过四阶异常点退化处的双光栅波导实现高效垂直辐射的二次谐波生成，转换效率随单位格子数呈八次方增长。
2026-03-12 physics.optics
Periodically poled thin film lithium niobate microring resonators with a second-harmonic generation efficiency of 250,000%/W
被许多人称为光子学中的硅的钛酸锂（LN），自从作为超低损耗集成光子学平台被证明以来，最近已经上升到芯片级非线性光学研究的最前沿。由于其显著的二次非线性效应（$χ^{(2)}$），LN激发了许多重要的应用，如二次谐波产生（SHG），自发参量下转换和光学参量振荡。在这里，我们展示了高效率的二次谐波双谐振，周期性极化的z切LN微环，其中准相位匹配是通过场辅助域工程实现的。同时，通过优化基波和二次谐波带的耦合条件，实现了单滑轮波导的双频工作。因此，当在大约1617 nm的低功率区域中泵浦周期性极化的LN微晶体时，实现了250，000%/W的片上SHG效率，这是当前集成光子平台中报道的最先进的值。当泵浦功率为115 $μ$ W时，光波导的绝对转换效率为15%.这种周期性极化LN微环也为其他腔增强准相位匹配$χ^{(2)}$非线性光学过程提供了一个通用平台。
2019-10-31 physics.optics quant-ph
Second harmonic generation with 48% conversion efficiency from cavity polygon modes in a monocrystalline lithium niobate microdisk resonator
首次在单晶X切TFLN微盘谐振器中利用弱扰动形成高Q多边形模式，最大化d_33利用率，实现48.08%转换效率的二次谐波产生，超过无畴反转方案最佳结果，接近PPLN记录。
2024-11-28 physics.optics
Efficient second-harmonic emission via strong modal overlap in single-resonant lithium niobate nanocavity
该研究在LNOI平台上实现了高Q单谐振光子晶体纳米束腔，通过优化模式重叠获得163%/W的SHG效率，较以往提升三个数量级，且热稳定性达20°C，适用于量子光学与芯片互连。
2025-03-26 physics.optics
Orbital Angular Momentum in Noncollinear Second Harmonic Generation by off-axis vortex beams
实验研究了非共线二次谐波过程中光的轨道角动量行为。实验是通过使用I型BBO晶体在相位匹配条件下与飞秒泵浦场在830 nm。使用了两束在基频（FF）下携带分数轨道角动量的镜面离轴涡旋光束。我们分析了当FF中每个输入场的光涡旋偏离光束轴时SH信号的OAM行为。我们得到了SH场的不同空间位形，它们总是带有相同的零角动量。
2011-06-08 physics.optics
Postselection-Free Cavity-Enhanced Narrow-Band Orbital Angular Momentum Entangled Photon Source
本文提出在精密控制的腔中利用OAM守恒SPDC过程，首次实现无后选择的腔增强窄带OAM纠缠光子源，并进一步获得高保真偏振纠缠和OAM-偏振超纠缠，为基于量子存储的远距离量子通信提供高效光源。
2025-02-08 physics.optics quant-ph
Orbital angular momentum light frequency conversion and interference with quasi-phase matching crystals
具有螺旋相位结构的光携带量子化的轨道角动量（OAM），在经典光学和量子光学中有着广泛的应用，如大容量光通信和量子信息处理等。频率变换是扩展基频光频率范围的基本技术。OAM携带光的频率转换产生了新的物理和应用，例如图像的上转换检测和高维OAM纠缠。准相位匹配（QPM）非线性晶体具有高的有效非线性系数和无走离效应，是频率转换的理想材料。在这里，我们报告的第一个实验二次谐波产生（SHG）的OAM光与QPM晶体，其中产生的紫外光与OAM为100。利用专门设计的干涉仪验证OAM守恒。利用携带相反符号的OAM叠加的泵浦光束，我们在SHG光中观察到有趣的干涉现象;具体地说，获得了一种光子学齿轮状结构，该结构给出了OAM守恒的直接证据，这对于超灵敏的角度测量将是非常有用的。我们还开发了一个理论来揭示现象的物理基础。本文的方法和理论分析也适用于其他频率转换过程，如和频产生和差频产生，也可以推广到单光子的量子态。
2014-05-08 physics.optics
Measuring orbital angular momentum of vortex beams in optomechanics
由于涡旋光束具有理论上的无界性和正交性，因此测量涡旋光束的轨道角动量（包括其大小和符号）具有很大的应用前景。本文提出了一种可区分符号的光机械OAM测量方法，该方法通过监测双拉盖尔-高斯（LG）旋转腔系统中探测光场透射谱的移动来实现。与传统的单LG旋转腔相比，我们的系统可以产生非对称的光机诱导透明窗口。同时，共振谷的位置与OAM的大小和符号有很强的相关性。这最初来自于腔模式与驱动场的有效失谐可以随着OAM的幅度和符号而变化的事实，这导致光谱偏移对于不同符号的OAM是定向的。该方案解决了光力学中无法区分OAM符号的缺点，并适用于拓扑荷值为$\pm 45$的高阶涡旋光束，是对基于腔光力学系统的OAM测量的一个重大改进.
2020-11-18 physics.optics quant-ph
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
Resonance-free Fabry-Pérot cavity via unrestricted orbital-angular-momentum ladder-up
本文提出在平面 Fabry–Pérot 腔内置入全息相位掩模，利用 LG 模式的无限制轨道角动量阶梯上升抑制共振，并在腔长变化约350%时保持无共振光谱响应。
2025-03-17 physics.optics
Realization of exceptional points along a synthetic orbital angular momentum dimension
例外点是非厄米性（NH）系统特有的谱特征，在例外点处多个本征值和本征向量合并。它们广泛存在于具有复杂能谱的开放体系中。我们实验证明了在周期性驱动的简并光腔中，沿合成轨道角动量（OAM）维度，在一个可调参数下出现成对的EP。通过探测腔的透射谱，可以直接观察到EPs的复能能带结构及其费米弧、宇称-时间对称性破缺跃迁、能量交换和半整数带绕等关键特征。我们的研究结果推进NH物理的基本理解，并展示了使用光子合成尺寸来实现NH系统的灵活性。
2022-09-16 physics.optics quant-ph
Orbital Angular Momentum (OAM) Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers
利用光的轨道角动量（OAM）是开发光子技术用于未来光通信和高维量子密钥分发（QKD）中的应用的有吸引力的方法。OAM资源的广泛使用面临的一个突出挑战是其有效生成。我们设计了一种新的器件，它可以直接发出一个OAM携带光束。通过在垂直腔面发射激光器（VCSEL）的光阑内制作微尺度螺旋相位板（SPP），将VCSEL发射的线偏振高斯光束高效、高质量地转换为具有特定OAM模式及其叠加态的光束。创新的OAM发射器在基于OAM的光和量子通信领域开辟了新的视野，特别是对于短距离数据互连和量子密钥分发（QKD）。
2015-02-24 physics.optics
Topological band structure via twisted photons in a degenerate cavity
基于粒子内部自由度（如频率、空间模式和到达时间）的综合维数已经引起了人们的极大关注。它们提供了理想的大规模晶格来模拟非平凡的拓扑现象。探索更多的合成维度是通向更高维度物理学的途径之一。在这项工作中，我们设计和实验控制的合成维度之间的耦合组成的固有的光子轨道角动量和自旋角动量自由度的简并光学谐振腔中，产生周期性驱动的自旋轨道耦合系统。通过对透射强度的测量，我们直接表征了系统的性质，包括态密度、能带结构和拓扑绕组。我们的工作展示了一种探索扭曲光子空间模式作为合成维度的新机制，为在高度紧凑的平台上设计丰富的拓扑物理铺平了道路。
2022-02-28 physics.optics quant-ph
Inverse-Designed Non-Hermitian Hollow Nanowire Cavity for Generating Optical Orbital Angular Momentum
NTT, Inc.（日本电信电话株式会社）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
本文提出一种反向设计的非厄密特空心纳米线腔体，通过打破横截面镜像对称性生成轨道角动量光，实现了高纯度和高Q因子的腔体模式。
2026-05-11 physics.optics
Degenerate Perturbation Theory Describing the Mixing of Orbital Angular Momentum Modes in Fabry-Pérot Cavity Resonators
我们提出了一个解析微扰理论，扩展了一个共同的圆柱对称稳定的光学谐振腔的傍轴近似，并纳入了差分，偏振相关的布拉格反射镜的反射率。具有不同的轨道角动量（OAM）和偏振，但相同的横向阶数N的拉盖尔-高斯模式的简并性将在足够小的尺寸和高精细度下变得显著提升。由此产生的傍轴本征模具有两个不同的OAM组件，分数组成微妙地取决于镜结构。
2009-01-02 physics.class-ph physics.optics
Topological charge independent frequency conversion of twisted light
具有轨道角动量（OAM）的光，又称扭曲光，由于其具有无限维，在光通信、量子信息科学和非线性光学等领域得到了广泛的研究。对于光物质与扭曲光的相互作用，如量子存储和非线性频率转换，这些过程中的效率通常随拓扑电荷呈指数下降，这严重降低了输出状态的保真度。本文设想并发展了一种利用特殊设计的镜像技术消除二次谐波转换效率对拓扑荷数依赖的方法。验证了拓扑荷数不同时，倍频转换效率与拓扑荷数无关，这种无关性在不同泵浦功率下均成立。该方法可以推广到其他光与物质相互作用过程，将使光与物质相互作用领域发生革命性的变化，从而实现更高的效率和保真度。
2018-10-17 physics.optics
Optomechanical Detection of Light with Orbital Angular Momentum
我们提出了一种光学机械装置设计，允许光的轨道角动量的光学转换。使用基于纳米束狭缝模式光子晶体腔的集成腔光学机械系统来检测由光赋予器件的光学诱导扭曲。该装置可以允许当光子被机械元件吸收时测量光的轨道角动量，或者当光子被图案化在装置上的亚波长光栅散射成新的轨道角动量状态时检测光子的存在。这样的系统允许检测具有在装置的机械共振频率下调制的$3.9\times10^3$光子的平均功率的$l = 1$轨道角动量场，并且可以扩展到更高阶的轨道角动量状态。
2019-12-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Self-modulation of nonlinear light in vacuum enhanced by orbital angular momentum
本研究通过分析三维圆柱腔中的非线性电磁波，发现光的轨道角动量可增强真空非线性自调制，并揭示腔模能量转移与相移的时间演化，为低光子能量区验证量子电动力学提供新途径。
2023-07-18 physics.optics
Realization of edge states along a synthetic orbital angular momentum dimension
本文通过在腔内光学元件上钻小孔，在Floquet Su-Schrieffer-Heeger轨道角动量晶格中构造锐利边界，首次实验观测到合成OAM维度上的拓扑边缘态及其随边界相位变化的动态行为。
2023-11-29 physics.optics quant-ph
Discrimination of vortex and pseudovortex beams with a triangular optical cavity
本研究提出利用三角形光学腔区分强度分布相同的涡旋光束与伪涡旋光束，通过理论模式分解和实验验证了两类光束的共振模式差异，还提出了三腔滤除伪涡旋的方案，为轨道角动量光束的识别提供了有效方法。
2025-05-18 physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable all-optical inference via tunable second-harmonic generation and spin-orbit coupling cascade
Guangdong-HongKong-Macao Joint Laboratory for Intelligent Micro-Nano Optoelectronic Technology, School of Physics and Optoelectronic Engineering, Foshan University（佛山大学物理与光电工程学院）；Key Laboratory of Optoelectronic Information and Sensing Technologies of Guangdong Higher Education Institutes, Department of Optoelectronic Engineering, Jinan University（暨南大学光电工程系）
提出可调二次谐波产生-自旋轨道耦合级联机制，通过移动非线性晶体连续重构轨道角动量谱，实现高维特征映射，并基于物理-算法类比构建可重构全光推理平台，成功完成分类任务。
2026-06-23 physics.optics
Supersolid Rotation in an Annular Bose-Einstein Condensate coupled to a Ring Cavity
Indian Institute of Technology Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）；Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）
研究环形约束的BEC与环形谐振腔耦合，通过反向传播的拉格朗日-高斯光束实现超固相与超流循环共存，揭示了通过干涉驱动旋转而不需物理搅拌的机制，为生成手性量子物质和旋转传感设备提供新平台。
2026-04-17 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Efficient 525nm laser generation in single or double resonant cavity
本文报道了基于周期极化磷酸钛氧钾晶体（PPKTP）的单谐振腔和双谐振腔对792和1556 nm波长光到525 nm波长光的高效和频产生的研究结果。通过优化腔$'$的参数，单腔和双腔的最大输出功率分别为263和373 mW。单腔和双腔的1556nm光子到525nm光子的量子转换效率分别为8%和77%。测量的两种结构的腔内单程转换效率约为5%。对这两种结构的和频产生性能进行了详细的研究和比较。这项工作将为优化和频产生的激光的各种配置的产生提供指导方针。本工作所获得的高转换效率将有助于为非经典量子态，如压缩真空态和单光子态的频率上转换铺平道路。所提出的绿色激光源将用于我们未来的实验中，其中包括产生双色纠缠光子对并实现携带轨道角动量的单光子的频率下转换的计划。
2017-10-13 physics.optics quant-ph
Structured Cavity Quantum Electrodynamics
Sun Yat-sen University（中山大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究半导体腔量子电动力学系统中结构化光与物质相互作用，通过构建特定腔模式，定位量子点并调谐波长，实现了具有自旋锁定手性OAM和可工程化自旋轨道纠缠的腔增强单光子发射，开启新范式推动相关技术发展。
2026-07-24 physics.optics quant-ph
Non-destructive splitter of twisted light
有效地区分携带不同轨道角动量（OAM）的光束对于包括高容量光通信和量子信息处理在内的各种应用具有根本重要性。通过在环形腔中引入Dove棱镜，设计并实验验证了一种有效分离不同载OAM光束的方法。由于两束具有相反拓扑荷的载OAM光束的旋转对称性破缺，它们的透射谱将发生分裂。当一束载OAM光束与腔体实现模式和阻抗匹配时，这束光束将通过腔体传输，而其他光束将被反射而不破坏它们的空间形状。在这种情况下，谐振腔的作用就像一个偏振分束器。发射光束可以根据您的意愿进行选择。当腔体无损耗且与光束完全匹配时，分束效率可以达到1。携带多OAM的光束也可以通过级联环形腔来有效地分裂。
2015-09-09 physics.optics quant-ph
Rotational cavity optomechanics
本文研究旋转纳米粒子与携带轨道角动量的光学腔模的光力相互作用，提出利用两个简并拉盖尔-高斯腔模形成的弱角向晶格探测粒子旋转频率，并证明线性响应下可实现精确测量。
2015-04-03 physics.optics
Optomechanically induced transparency in Four-wave mixing atomic ensemble assisted Laguerre-Gaussian vortex cavity system
研究了集成双-Λ冷原子的Laguerre-Gaussian涡旋腔系统稳态响应，发现四波混频过程中轨道角动量差值可调制光机械诱导透明光谱，实现对探测光吸收增益的开关效应及群延迟调谐。
2025-08-11 physics.optics quant-ph
Gaussian Beam-Propagation Theory for Nonlinear Optics - Featuring an Exact Treatment of Orbital Angular Momentum Transfer
我们提出了一个一般的，高斯空间模式的传输形式主义，用于描述在非线性相互作用过程中产生的高阶多空间模式光束的产生。此外，为了实现理论，我们模拟光学角动量转移相互作用，并显示如何可以优化的相互作用，以减少不需要的模式。过去对这个问题的理论处理充其量也只是现象学的。在这里，我们提出了一个精确的解决方案，单程无腔制度，其中的非线性相互作用不是太强。我们将我们的理论应用于两个实验，具有很好的一致性，并给出了几个配置的例子，很容易在实验室中测试。
2017-04-25 physics.optics quant-ph
Unveiling spin-orbital angular momentum locking in photonic Dirac vortex cavities
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学苏州高等研究院）；Soochow University（苏州大学）；The University of Hong Kong（香港大学）；Taiyuan University of Technology（太原理工大学）
本研究通过自旋分辨测量揭示了狄拉克涡旋腔中自旋-轨道角动量锁定现象，展示了其与手性和谷间耦合的关系，并提出了任意阶OAM辐射的设计方法。
2026-01-19 physics.optics
Fiber guided mode analyses and conversion using superposed helical gratings
光纤可以支持多种模式，包括矢量模式、线偏振模式和轨道角动量模式等。通过琼斯矩阵研究了这些模式之间的模式相关性，并将这些模式与光的偏振态和螺旋相位分别对应于自旋角动量和轨道角动量。采用螺旋方向相反的叠加螺旋光栅可以产生不同的模式。本文分别对低对比度和高对比度光纤中模式耦合的模式转换进行了详细的分析和讨论。本文的研究将加深对光纤光栅中各种导模以及它们之间的模式转换的理解
2019-12-02 physics.optics
Orbital angular momentum photonic quantum interface
在经典和量子光通信中，光携带轨道角动量（OAM）在提高信道容量方面具有巨大的潜力。长距离光通信要求光的波长位于低损耗的通信窗口，但目前正在开发的用于量子中继器的大多数量子存储器工作在不同的波长，因此需要量子接口来弥合波长差距。到目前为止，这种用于OAM承载光的接口尚未实现。在这里，我们报告的第一个实验实现的量子接口的预言单光子携带OAM使用非线性晶体在光学腔。输入和输出光子的空间结构表现出很强的相似性。更重要的是，单光子相干性在上转换过程中得到了保持。
2015-08-20 physics.optics quant-ph
Generating controllable Laguerre-Gaussian laser modes through intracavity spin-orbital angular momentum conversion of light
近年来，携带轨道角动量的拉盖尔-高斯（LG 0 l）模的迅速发展促进了光通信、微操作和量子信息等领域的发展。然而，在紧凑型器件中有效地产生明亮、纯净和可选择的LG 01激光模式仍然具有挑战性。在这里，我们展示了一个低阈值的固体激光器，可以直接输出选定的高纯度LG 0 l模式与高效率和可控性。利用光的自旋-轨道角动量转换来实现腔内横模的可逆转换，从而确定输出模的折射率。产生的LG 0 1和LG 0 2激光模式的纯度分别为~97%和~93%，斜率效率分别为~11%和~ 5.1%。此外，我们的腔设计可以很容易地扩展到产生高阶拉盖尔高斯模式和圆柱矢量光束。这种紧凑的激光配置具有灵活的控制，低阈值和鲁棒性，使其成为超分辨率成像，高精度干涉仪和量子关联应用的实用工具。
2018-07-26 physics.optics
Active sorting of orbital angular momentum states of light with cascaded tunable resonators
携带轨道角动量（OAM）的光已被证明可用于从天文学到光学捕获的不同领域，并且作为光通信和数据存储中复用信号的有前途的新维度。许多这些应用程序面临的一个挑战是一个可靠的和动态的方法，排序事件OAM状态，而不改变他们。在这里，我们报告了一种波长无关的技术，能够动态过滤个人OAM状态的基础上的可调谐光学腔的谐振传输。腔的长度是压电控制的，以促进动态重新配置，和分类过程中留下的传输和反射信号在其原始状态，为后续处理。因此，我们还表明，一个可重构的排序网络可以通过级联这样的光谐振器来同时处理多个OAM状态。这种对OAM状态进行分类的方法适合于集成到光通信网络中，并且在量子光学、天文学、光数据存储和光陷阱中具有意义。
2017-04-06 physics.optics
Atomic-superfluid heat engines controlled by twisted light
School of Physics and Astronomy, Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院物理与天文学院）
本研究提出利用扭曲光控制的量子热机，通过调节轨道角动量实现热机效率的可逆切换与优化。
2026-02-01 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Quantized orbital angular momentums of dipolar magnons and magnetoelectric cavity polaritons
本文研究三维受限磁绝缘体中偶极磁振子的量子化轨道角动量及其与电极化序耦合形成的磁电态，揭示时间反演与空间反演对称性同时破缺特性，为亚波长磁电量子发射器实现提供理论基础。
2024-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Orbital angular momentum exchange in an optical parametric oscillator
本文研究了在第二类光学参量振荡器中，从泵浦光到下转换光的轨道角动量转移。腔和各向异性效应的研究和演示中发挥核心作用的横模动力学。虽然闲频光束可以在拉盖尔-高斯模式中振荡，但是晶体双折射在信号光束中诱导了阻止这种模式共振的光致变色效应。
2004-03-01 physics.optics
Cavity Optomechanical Quantum Memory for Twisted Photons Using a Ring BEC
School of Physics and Astronomy, Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院物理与天文学院）；Department of Physics, Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校物理系）；School of Basic Sciences, Indian Institute of Technology Bhubaneswar（印度理工学院布巴内斯瓦尔基础科学学院）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Centre of Excellence in Quantum Information, Computation, Science and Technology, Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校量子信息、计算科学与技术卓越中心）
该研究提出了一种基于环形玻色-爱因斯坦凝聚体的量子记忆平台，利用拓扑保护的运动态实现高存储时间及带宽，适用于扭曲光子的OAM转换与非破坏性读取。
2025-06-07 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
High-Dimensional Two-Photon Quantum Controlled Phase-Flip Gate
针对高维通用双光子量子门实现难题，提出基于离子-腔QED系统的首个高维确定性通用双光子量子门，利用40Ca+离子光学腔实现四维受控相位翻转门，保真度超98%。
2024-04-23 physics.optics quant-ph
Photonic quadrupole topological phases in zero-dimensional cavity with synthetic dimensions
四极拓扑绝缘体是最近在二维空间晶格中得到证实的一种角态结构。本文利用0维光学腔设计了第一个全合成空间光子四极拓扑绝缘体。光的频率和轨道角动量（OAM）被用来形成二维合成空间。四个简并偏振态被映射到单位晶胞内的内部晶格位置。通过适当地设计不同频率、不同偏振态和不同偏振态的腔模之间的耦合，得到了理想的合成四极拓扑绝缘体。利用鲁棒的合成角态，提出了实现多光子纠缠态拓扑保护的可能性。我们所设计的光子四极拓扑绝缘体为研究一维系统中的高阶拓扑相提供了一个独特的平台，在量子信息和通信领域具有潜在的应用价值。
2019-11-28 physics.optics
Hybrid Rotational Cavity Optomechanics Using Atomic Superfluid in a Ring
本文提出一种混合旋转腔光力学系统，将环形束缚的BEC与由LG模式驱动的光学腔结合，利用原子超流体环流与机械旋转的耦合来抑制量子涨落，并产生宏观双体和三体纠缠。
2024-07-02 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A theoretical framework for the Hamiltonian of angular momentum optomechanical system
光子同时携带线动量和角动量。在光与物质的相互作用过程中，线动量的交换导致光学力，而角动量的交换导致光学力矩。在量子光学力学中，光学力（光压或阻尼）的使用已经很长时间了，但是，光学力矩和光学角动量的使用却不是。在这里，我们提出了一个理论框架的基础上的光学角动量和光学扭矩的腔轨道和自旋角动量光机系统的哈密顿量，分别。利用该方法成功地得到了反射系数为非单位的微腔与多个扭振子组成的复杂角动量光机系统的哈密顿量。我们的结果表明，我们的理论框架的角动量光力学系统的哈密顿量的普遍适用性，并扩大了量子光力学的研究范围。
2022-09-24 physics.optics quant-ph
Sculpting ultrafast mid-infrared light for solid-state high harmonic generation
Eastern Institute of Technology（东方理工学院）；ELI-ALPS, ELI-Hu Non-Profit Ltd.（极强光激光科学研究所有限公司）；Laboratoire Photonique Numérique et Nanosciences (LP2N), UMR 5298, CNRS-IOGS-Université Bordeaux（波尔多大学光子学与纳米科学实验室）；Theoretisch-Physikalisches Institut, Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿大学理论物理研究所）；Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.（光学研究中心）；School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学光电信息与计算机工程学院）；Zhejiang Key Laboratory of 3D Micro/Nano Fabrication and Characterization, Department of Electronic and Information Engineering, School of Engineering, Westlake University（西湖大学工学院电子与信息工程系三维微纳加工与表征浙江省重点实验室）；Helmholtz-Institut Jena（耶拿亥姆霍兹研究所）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（达姆施塔特重离子研究中心）
本研究通过生成中红外贝塞尔-高斯涡旋和完美光学涡旋，实现了固态中高阶谐波生成的超快结构光合成，验证了OAM守恒及拓扑特性继承。
2026-01-03 physics.optics
Controlled generation of higher-order Poincare sphere beams from a laser
光的角动量状态可以通过高阶庞加莱（HOP）球上的位置来描述，其中自旋和轨道角动量状态的叠加产生了已经发现许多应用的激光束，包括光通信、量子信息处理、显微镜、光学捕获和镊子以及材料处理。存在许多技术来创建这种光束，但迄今为止没有一种技术允许在源处创建它们。在这里，我们报告一类新的激光器，能够产生的HOP球上的所有状态。我们利用几何相位控制与非均匀偏振光学和波片内的激光腔映射自旋角动量（SAM）的轨道角动量（OAM）。这两个元素的旋转提供了必要的自由度来遍历整个HOP球体。因此，我们能够证明，一个标准的激光腔的OAM简并性可以被打破，产生纯OAM模式作为输出，广义矢量涡旋光束可以从相同的激光器，例如，径向和方位角偏振的激光束创建。值得注意的是，激光腔的所有其他方面都遵循标准设计，便于轻松实现。
2015-05-09 physics.optics
Topological Angular Momentum and Radiative Heat Transport in Closed Orbits
在这里，我们研究的作用的拓扑边缘状态的光在运输的热产生的辐射在一个封闭的腔在热力学平衡。它表明，即使在零温度极限-当场的波动是纯粹的量子力学-有一个持续的流动的电磁动量在封闭的轨道中的腔，深深植根于空间分离的单向边缘状态通道的出现。它强调了系统的电磁轨道角动量是不平凡的，能量循环是朝着相同的方向，由不完整的回旋轨道附近的腔壁。我们的发现在拓扑光子学领域取得了新的进展，并表明光的拓扑状态可以在辐射热传输的背景下确定新的范式。
2017-03-01 physics.optics
Vortex Laser at Exceptional Point
携带轨道角动量（OAM）的光学涡旋通常通过调制现有的常规光束来产生。本文证明了在非厄米量子系统的例外点（EP）处工作的微激光器可以任意地直接发射出具有明确OAM的涡旋激光。两个光栅（折射率调制光栅和沿方位角方向的光栅以及从微环腔中突出的光栅）将微环腔的本征模调制为涡旋激光模式。相位匹配条件保证了在系统保持EP的情况下，通过改变微环形腔中的光栅凸起，可以将涡旋光束的OAM调谐到任意阶。通过解析分析得到了结果，并通过3D全波模拟得到了证实。
2016-07-29 physics.optics
Probing the collective excitations of excitonic insulators in an optical cavity
本研究利用准一维晶格模型探究光学腔中激子绝缘体相的光物质耦合效应，发现激子态集体模与腔光子耦合会导致光子色散出现能带免交叉，该现象为激子绝缘体独有。
2025-10-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological Ring-Cavity Laser Formed by Honeycomb Photonic Crystals
从理论上阐明了拓扑环腔（TRC）模沿两个拓扑结构不同的蜂窝型光子晶体之间的界面传播可以获得稳定的单模激光，其最大强度比回音壁模大一个数量级.特别是，我们表明，TRC模式位于体带隙中心受益最大的增益分布，因为它们是最集中和均匀的沿环形腔，而且，继承从Dirac-like的拓扑界面状态的色散，他们是分开的频率从彼此和其他光子模式，都有利于固有的单模激光。通过注入圆偏振光，可以选择性地激发具有期望轨道角动量的在特定方向上运行的TRC模式。在本工作中提出的TRC激光器可以通过先进的半导体纳米技术制造，它产生的手性激光束理想的新的光子功能。
2021-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
