Optical Vortex Dynamics in non-uniform twisted Ring-Core Fibers
Tampere University(坦佩雷大学)
本文推广耦合模方法以纳入扭转与拉锥效应,分析轨道角动量模式在非均匀环芯光纤中的传播,并揭示模式间高效功率转移及涡旋动力学机制。
2025-09-30 physics.optics
Spin-orbit interactions of the twisted random light
本文通过非对称相干模分解研究扭曲随机光在紧聚焦系统中的自旋-轨道角动量相互作用,发现扭曲相位可控制横向自旋密度,且自旋与扭曲手性相同时效应增强,为光学传感、计量学和量子光学提供新应用可能。
2024-12-31 physics.optics
Emergent spin and orbital angular momentum of light in twisted photonic bilayer
本研究发现扭曲光子双层结构可使零角动量非偏振光分别在透射、反射中获得自旋与轨道角动量,揭示其不同微观机制及与层间距的依赖关系,为角动量分辨光-物质相互作用提供新方向。
2024-12-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hanbury Brown and Twiss Interferometry with Twisted Light
随机光波场所展示的丰富物理学使汉伯里·布朗和特维斯得以揭示光的基本方面。此外,已经认识到光学涡旋在随机光中是普遍存在的,并且这些光学奇点周围的相位分布将轨道角动量的光谱印在光场上。我们证明了光的随机涨落引起赝热光的轨道角动量分量和角位置的相关性的形成。这些相关性的存在是manisfested通过不同的干涉结构的轨道角动量模式分布的随机光。这些新的干涉形式对应于Hanbury Brown和Twiss效应的方位角模拟。这一系列的影响可以是根本的重要性,在应用中纠缠是不需要的,在角位置和轨道角动量的相关性就足够了。我们还认为,方位角的Hanbury Brown和Twiss效应可以在物理学和天体物理学的其他分支的新现象的探索是有用的。
2016-04-08 physics.optics
Twisted Molecular Excitons as Mediators for Changing the Angular Momentum of Light
具有C_N或C_Nh对称性的分子可以吸收光角动量量子,产生具有明确准角动量的扭曲激子。在光束的傍轴近似水平上,这种相互作用中的角动量守恒。因此,一系列吸收事件可以用来产生一系列激子角动量。随后的衰变可以产生具有等于累积角动量的单个角动量的辐射。这样的分子可以被看作是改变光的角动量的媒介。这回避了利用基于高阶非线性的光-物质相互作用的需要。紧束缚的范例被用来验证角动量守恒,并演示如何利用它来改变光的角动量。然后,该方法扩展到一个时间依赖的密度泛函理论设置的关键结果被证明在多体,多层次设置。
2017-06-13 physics.atm-clus physics.optics
Photonic angular super-resolution using twisted N00N states
N00N态增加的相位灵敏度已被用于许多实验中,通常涉及光子路径或偏振。在这里,我们通过实验将N00 N态的相位灵敏度与高达100 $\,\hslash$的光子的轨道角动量(OAM)相结合,来解决光场围绕其光轴的旋转。结果表明,更高的光子数和更大的OAM都增加了分辨率和可实现的灵敏度。该方法开辟了一条可行的途径,无条件角超灵敏度和任何横向光场之间的N00N态的可访问的产生。
2021-06-17 physics.optics quant-ph
Compton scattering of twisted light: angular distribution and polarization of scattered photons
在非相对论框架下,利用一阶微扰理论研究了扭曲光子的康普顿散射。我们制定的密度矩阵理论的问题,这使得人们能够获得新的见解扭曲粒子的散射过程中,利用系统的对称性。特别地,我们分析了初始光束的张角和轨道角动量投影等参数对散射光子的角分布和偏振态的影响。我们提出了分析和数值计算结果的角分布和初始扭曲光的康普顿散射光子的偏振,并将它们与平面波光的标准情况进行比较。
2015-05-02 hep-ph physics.atom-ph physics.optics
Angular distribution of photoelectrons generated in atomic ionization by twisted radiation
本文建立宏观原子靶在扭曲 Bessel 光束照射下的光电子角分布理论,并以氦自电离共振为例表明光束参数可显著改变 PAD。
2023-05-11 physics.atom-ph physics.optics
Angular Momentum of Twisted Radiation from an Electron in Spiral Motion
我们从理论上证明了第一次,一个单一的自由电子在圆形/螺旋运动发出扭曲的光子携带明确定义的轨道角动量沿轴的电子循环,在添加到自旋角动量。当电子速度为相对论性时,辐射场包含谐波分量,l次谐波光子携带lh巴总角动量。这项工作表明,扭曲的光子是由自由电子自然发射的,在实验室和自然界中比以往任何时候都更加普遍。
2016-10-07 astro-ph.HE physics.acc-ph physics.optics
Spin-orbit interactions and chiroptical effects engaging orbital angular momentum of twisted light in chiral and achiral media
光学涡旋是一种具有螺旋扭曲波前的结构光束,其轨道角动量(OAM)一直受到人们的关注。特别重要的是重视的问题,如何在其与物质的相互作用,光传输OAM可能证明敏感的相对手性和扭曲程度在相关的光学波前。作为最近的实验和理论研究的结果,假设光束与OAM可能使相反的手之间的物质形式的歧视已成为一个新的关注焦点。然而,从这项研究中开始出现的一些诱人的结论尚未为支持机制建立明确的基础。要解决这个问题,需要发展理论,以支持在这种光学过程中发挥作用的基本分子-光子物理学的忠实表示和透彻理解,即使是像吸收这样基本的过程。目前的分析建立机制,需要一个新的表现形式的光学自旋轨道相互作用(SOI),从事过渡电四极矩。此外,强大的对称性原则证明呈现明显不同的标准,管理展览的二维和三维手性。新的研究结果阐明了这种效应的运作,确定了它们在手性和非手性介质中各种形式的歧视性光学相互作用的责任。
2018-09-14 physics.optics
On Exchange of Orbital Angular Momentum Between Twisted Photons and Atomic Electrons
本文给出了扭曲(拉盖尔-高斯分布)光子与氢原子散射的矩阵元表达式。我们认为光子进入的轨道角动量(OAM)的$\ell \hbar$,携带的一个因素$e^{i \ell ϕ}$不存在于一个平面波或纯高斯轮廓光束。研究了OAM的$+2\ell$单元从光子到原子方位角量子数的转移性质。我们得到简单的公式,这些OAM翻转转换的弹性前向散射的扭曲光子时,光子波长$λ$是大的相比,原子的目标尺寸$a$,和小的瑞利范围$z_R$,它的特点是扭曲的光子束的准直长度。
2012-06-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Reading the orbital angular momentum of light using plasmonic nanoantennas
光的轨道角动量最近被认为是利用光脉冲进行量子通信中的信息编码的新自由度。提取这些信息的方法包括逆转这种扭曲光最初产生的过程,或者与其他光束干涉。在这里,我们提出了一种替代的新方法,通过使用亮模式和暗模式将光的轨道角动量信息转换为光谱信息,使用等离子体纳米天线直接读出扭曲光中编码的额外信息。示例性地考虑旋转对称的纳米棒纳米天线,我们表明它们的散射截面对与入射扭曲光束的偏振相结合的轨道角动量的值敏感。用一个新的分析模型解释了激发模式的扭曲依赖性,我们的研究结果为扭曲光纳米等离子体铺平了道路,这对于未来使用光的轨道角动量进行片上通信至关重要。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Generation of twisted photons by undulators filled with dispersive medium
研究了均匀介质中的波荡体对扭曲光子的辐射。得到了辐射扭曲光子平均数的一般公式。详细研究了偶极区波荡器的辐射以及螺旋形和平面形摇摆器的辐射。结果表明,建立在真空中的波荡器的扭曲光子辐射的选择规则也适用于波荡器填充有电介质。在具有等离子体介电常数的介质的情况下,不形成较低的波荡器谐波。这一事实可以用来产生在最低允许谐波上具有非零轨道角动量的扭曲光子。本文介绍了利用反向辐射偏振效应产生具有较大轨道角动量的扭曲光子。研究了反常多普勒效应对辐射扭曲光子的总角动量投影的影响。波荡器和带电粒子的参数被发现,使所产生的辐射,特别是瓦维洛夫-切伦科夫辐射,是一个纯粹的扭曲的光子与明确的非零轨道角动量的来源。发展的理论被用来描述扭曲的光子的辐射的电子束和质子在充满氦的波荡器。我们还考虑了在充满氙的波荡器中电子对X射线扭曲光子的辐射。选择的参数,以便在目前的实验设施是可以实现的。
2020-04-08 physics.acc-ph physics.optics
The interaction of twisted Laguerre-Gaussian light with a GaAs photocathode to investigate photogenerated polarized electrons
研究了690 ~ 810 nm的拉盖尔-高斯光与p型砷化镓光电阴极光子器件的相互作用及光生电子的产生。自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)使用线或圆偏振和q板产生。测量来自光生电子信号的偏振度P。在695 nm($E=1.78$ $eV$)的激发下,$P_{OAM}=~2.1 \%$、$P_{SAM}=~1.3 \%$和$P_{SAM, OAM (q=1)}= ~3.4\%$,而在800 nm($E=1.55$ $eV$)的近带隙下,$P_{OAM}=~-14.7\%$、$P_{SAM}=~-2.6\%$和$P_{SAM,OAM (q=1)} = ~4.0\%$。
2019-01-28 physics.optics
Atomic ionization by twisted photons: Angular distribution of emitted electrons
研究了扭曲光子电离类氢离子过程中电子的角分布。基于一阶微扰理论和非相对论性薛定谔方程进行了分析。特别注意的是依赖的电子发射图案上的碰撞参量b的离子相对于扭曲波前的中心。为了探索这种依赖关系,我们对中性氢原子的1s基态和2py激发态的光电离进行了详细的计算。基于这些计算,我们认为,相对较小的碰撞参量的电子角分布可能会强烈影响通过改变原子的位置内的波阵面。相反,如果原子被放置在远离前中心,电子的发射模式是独立的碰撞参量b和类似的平面波光子的光电离中观察到的。
2013-06-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Angle-Resolved Attosecond Streaking of Twisted Attosecond Pulses
本工作的重点是通过泵-探测装置中的能量和角度分辨阿秒条纹来表征扭曲阿秒脉冲中编码的轨道角动量(OAM)的量。结果表明,线极化扭转脉冲产生的光电子谱具有不同的OAM值,呈现出角调制,而圆极化扭转脉冲产生的光电子谱具有角各向同性。结果表明,能量分辨和角度分辨条纹谱对扭曲脉冲的OAM值敏感。此外,扭曲泵浦脉冲和强红外探测脉冲的偏振的不同组合对拖尾光谱的影响也不同。描述的OAM携带扭曲的阿秒脉冲开辟了可能性,探索螺旋光物质相互作用的阿秒时间尺度。
2020-06-02 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.optics
Probability of radiation of twisted photons in the infrared domain
研究了真空中量子电动力学(QED)任意散射过程中扭曲光子辐射几率的红外渐近性质。这种渐近性是普适的,并且对应于经典电流产生的辐射。这种辐射称为边缘辐射。我们表示它的扭曲光子:辐射扭曲光子的平均数的精确解析公式推导。我们找到了边缘辐射的总角动量和每个光子的角动量的平均投影。结果表明,边缘辐射可以作为一个具有大角动量的扭曲光子源。此外,该辐射可以用作红外域中,特别是电磁波谱的THz部分中的扭曲光子的超辐射相干源。证明了扭曲光子辐射和吸收的几个一般选择定则。这些选择规则允许一个,特别是,调制的一个粒子的辐射概率通过对称排列的晶体上的带电粒子的散射。
2018-03-19 physics.acc-ph physics.optics
Amplification and generation of ultra-intense twisted laser pulses via stimulated Raman scattering
扭曲拉盖尔-高斯激光器具有轨道角动量,其特征是甜甜圈形状的强度分布,在越来越多的领域和应用中提供了一套变革性的工具和研究方向,从超分辨率显微镜和超快速光通信到量子计算和天体物理学。扭曲光的影响正在扩大,因为最近的数值计算通过允许高梯度正电子加速为基于等离子体的加速中的长期挑战提供了解决方案。因此,产生的强扭曲激光脉冲也可能对相对论性激光与物质的相互作用产生广泛的影响。在这里,我们从理论上和从头算三维粒子在细胞中的模拟,受激拉曼背散射可以产生和放大扭曲的激光等离子体中的拍瓦强度。这项工作可能会在非线性光学和高能量密度科学、紧凑型等离子体加速器和光源方面开辟新的研究方向。
2016-03-09 physics.optics physics.plasm-ph
Experimental Verification of Position-Dependent Angular-Momentum Selection Rules for Absorption of Twisted Light by a Bound Electron
我们分析了原子的多极激发与扭曲的光,即,携带轨道角动量的涡旋光场单个捕获的$^{40}$ Ca $^+$离子用作激发场的局部化和定位探针。我们驱动的$S_{1/2} \to D_{5/2}$过渡和观察不同的过渡的相对强度,取决于离子的横向位置相对于中心的涡旋光场。另一方面,计算了贝塞尔光束、贝塞尔-高斯模和高斯-拉盖尔模形式的扭曲光场的跃迁振幅。分析实验获得的跃迁振幅,我们发现与理论预测的协议在优于3%的水平。最后,我们提出了测量方案与双离子晶体,以提高在未来的实验中的涡旋模式的传感精度。
2017-09-16 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Frequency conversion of vortex states by chiral forward Brillouin scattering in twisted photonic crystal fibre
本文利用扭曲光子晶体光纤中的手性前向受激布里渊散射激发手性弯曲声子,实现了不同波长下后向传播圆偏振涡旋模式间的频率转换,为经典与量子领域的涡旋态操控提供了新途径。
2024-01-17 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
A highly efficient integrated source of twisted single-photons
具有螺旋相位波前的光子(扭曲光子)可以携带离散的、原则上无限数量的轨道角动量(OAM)。扭曲单光子作为一种高维量子系统,其信息处理能力远远超过了目前广泛使用的二能级量子比特。迄今为止,携带OAM的单光子的产生仅仅依赖于体晶体中的非线性过程,例如,自发参量下转换(SPDC),这必然限制了源的效率和可扩展性。因此,在半导体芯片上的按需OAM量子光源对于集成光子量子技术来说仍然是虚幻的并且是非常期望的。在这里,我们展示了高效率的扭曲单光子发射从嵌入在一个microns与角光栅的固态量子发射器。腔QED效应允许在同一纳米结构中产生单光子和编码OAM,因此能够实现具有非常小的足迹和巨大可扩展性的器件。通过单光子与自身的量子干涉,可以清楚地识别单光子的OAM态。我们的器件可以促进集成量子光子器件的发展,在高维量子信息处理方面具有潜在的应用。
2020-03-25 physics.optics
Quantifying phases in homogenous twisted birefringent medium
光学介质的内部双折射通过入射偏振光的自然旋转产生动态相位。介质的均匀扭曲在系统中引起外双折射,这可以通过介质$k$的单位厚度角扭曲与立体角的几何相位来表示,并指出了在$l=1$轨道角动量球中的等效物理分析。
2013-03-03 physics.optics quant-ph
On-chip twisted hollow-core light cages: enhancing planar photonics with 3D nanoprinting
提出3D纳米打印片上扭曲空芯光笼,通过几何扭曲实现模式耦合与强CD,其扭曲速率和CD较扭曲空芯光纤提升逾两个数量级,为集成手性光子学提供新平台。
2025-04-20 physics.optics
Two-dimensional excitons from twisted light and the fate of the photon's orbital angular momentum
作为两个带相反电荷的粒子的束缚态,激子作为氢原子的电子类似物从光激发的半导体中出现。在二维(2D)情况下,在量子阱系统或真正的2D材料(例如过渡金属二硫属化物)中实现,激子的相对运动由两个量子数描述:主量子数$n$和用于沿着垂直轴的角动量的量子数$j$。角动量守恒要求在平面波照射的系统中,只有激子的$j=0$态是光学活性的。在这里,我们考虑的情况下,空间结构光源,特别是扭曲光束与非零轨道角动量每光子。在所谓的偶极近似下,光源的空间变化发生在远大于半导体晶胞尺寸的长度尺度上,我们表明光子(线性和/或角)动量耦合到激子的质心(线性和/或角)动量。我们的研究建立了激子的内部状态的选择规则,从而激子光谱,是独立于光源的空间结构。
2022-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical properties of radially-polarised twisted light
本研究揭示径向偏振近轴扭曲光仅含轨道角动量、自旋角动量为零且具手性,推导其总角动量与螺旋度表达式,验证该结论适用于任意拓扑荷数的径向偏振拉盖尔-高斯模式且大束腰下螺旋度降低。
2022-12-06 physics.optics
Torus Knot Angular Momentum in Twisted Attosecond Pulses from High Harmonic Generation
双环扭转拉盖尔-高斯光束具有确定的环面纽结角动量(TKAM)作为一种新的角动量形式。TKAM在高次谐波产生等非线性原子过程中是守恒的,可以通过时间延迟参数$τ$和配位参数$γ$进行分类。这些参数由两个叠加的拉盖尔-高斯光束各自的投影轨道角动量和能量定义。我们推导出一个一致的几何方法来确定$τ$和$γ$从驱动光束以及从高次谐波辐射。该方法将两个不变性参数($τ$和$γ$)与发射的高次谐波辐射相关联。因此,可以从两个不同的环面结读取$τ$和$γ$。这些结可以由相应的高次谐波辐射或驱动束的电场的时空演化构造。本文给出了双环拉盖尔-高斯光束辐照平面原子气体靶的不变性参数的分类。此外,我们证明了由$τ$和$γ$确定的各自的环面结可以在微小的修改内映射到彼此上。这种几何方法产生了一种不同的方式来解释的不变性参数$τ$和$γ$,以及它们的基本关系相比,一个纯粹的形式推导。在这项工作中提出的调查是在良好的协议与以前的研究结果,并提供洞察TKAM的动力学对称性的背景下,由双环扭曲拉盖尔-高斯光束引起的高次谐波产生。
2021-07-09 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Scattering of plane-wave and twisted photons by helical media
利用色散介质中的量子电动力学,我们描述了平面波和扭曲光子的散射由一个螺旋介质制成的平板,螺旋轴是垂直于平板平面和介质是不是平移不变在这个平面上,在一般情况下。在特定情况下,螺旋介质的介电常数张量对应于胆甾相液晶、$C^*$ -近晶、双轴手性向列相和近晶、$q$ -板、手性雕刻薄膜和螺旋位错。微扰和非微扰的方法被认为是。考虑到光子波包的形式,得到了光子的散射振幅、概率和斯托克斯参数的显式表达式。建立了选择规则,表明螺旋介质将动量和角动量传递给散射光子。这种性质可以用于产生具有较大的总角动量投影的扭曲光子。我们描述的设备转移的光子的总角动量的投影和扭曲光子的信号编码的主要计划。
2022-05-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Proposal for the experimental observation of twisted photons in transition and Vavilov-Cherenkov radiations
我们建议使用Vavilov-Cherenkov(VC)和过渡辐射作为扭曲光子在很宽的能量范围内的源。描述了观测构成这些辐射的光子的轨道角动量的实验装置。考虑了相对论性电子和离子在通过介质板时产生的辐射。对扭转光子在螺旋微聚束辐射中的总角动量相加规律进行了实验验证。给出了实验参数。
2020-01-15 physics.acc-ph physics.ins-det physics.optics
Trajectories and orbital angular momentum of necklace beams in nonlinear colloidal suspensions
最近,我们预测了在具有指数饱和非线性的非线性胶体悬浮液中传输的光学涡旋孤子的调制不稳定性导致项链光束的形成[S.~ Z.~ Silahli,W.~ Walasik和N.~ M.~ Litchinitser,Opt.~信件:\textbf{40},5714(2015)]。在这里,我们调查的NB的形成和传播的动力学,并表明,NB形成的距离取决于输入功率的涡旋光束。此外,我们表明,NB的轨迹不一定是相切的初始涡环,并且它们的速度有组件来自光束衍射和光束轨道角动量。我们还演示了扭曲孤子的产生,并分析了损耗对其传播的影响。最后,我们研究了项链光束和扭曲光束中的轨道角动量守恒。我们的研究,在理想的无损介质中进行,并在现实的胶体悬浮液中的损失,NB动力学提供了详细的描述,并可能是有用的在高散射胶体和生物样品中的光传播的研究。
2017-03-28 physics.optics
Terahertz orbital angular momentum modes with flexible twisted hollow core antiresonant fiber
太赫兹辐射在研究实验室和日常生活中越来越普遍,应用范围从机场安检的身体扫描仪到短距离无线通信。在光学领域,波导和其他操纵辐射的设备已经很好地建立起来。在太赫兹范围内还不是这种情况,因为太赫兹辐射与物质的强相互作用,导致吸收,以及波长的毫米尺寸,因此所需的波导。我们建议使用一种新的材料,聚氨酯,波导,允许高的灵活性,克服的问题,否则导致刚性结构的大尺寸。利用这种材料,我们实现了反谐振空芯波导,并利用材料的柔性以可调谐和可逆的方式机械扭曲波导,扭曲周期短至数十个波长。扭转波导,我们证明了携带轨道角动量的模式的产生。我们使用太赫兹时域光谱测量和清晰地可视化的模式,这是很难在光学领域的涡旋性质。所提出的波导是一个新的平台,为THz制导,特别是模式操纵提供了新的视角。所展示的以可控方式在波导内产生具有轨道角动量的模式的能力将有益于基本的(例如,物质-辐射相互作用)和应用的(例如,THz电信)THz研究和技术的进步。此外,该平台不限于THz域,并且可以针对其他电磁波长进行缩放。
2018-05-04 physics.optics
Reply to comment on "Observation of subluminal twisted light in vacuum"
最近,我们在实验上证明了携带轨道角动量的光在自由空间传播时会经历轻微的亚光速[1]。我们感谢Saari [2]指出了我们的理论结果与拉盖尔-高斯模的简单情况下的众所周知的结果之间的明显差异。在这个答复中,我们注意到,这种明显差异的解决方案是拉盖尔-高斯模式和超几何-高斯模式之间的区别,这在我们的实验和理论分析中使用,这引起了不同的亚光速效应。
2016-12-06 physics.optics
Emission of twisted light from quantum dot arrays with a discrete rotational symmetry
我们从理论上探讨了量子点圆形阵列的光学性质。这种结构,我们称之为圆形发射器阵列(CEA),可以通过发射和吸收圆偏振光以及携带轨道角动量的光来交换光学角动量。推导出带间和带内跃迁率的解析表达式,并确定了选择规则。在对CEA进行建模时,只考虑量子点的关键特性。这将我们的模型的适用性扩展到由各种量子点组成的CEA。最后确定了CEA的特定光学性质的调谐的设计原则。这为设计一种由CEA表面组成的超材料开辟了前景,这种超材料可以上转换光学角动量。
2021-01-18 physics.optics quant-ph
Photoexcitation of graphene with twisted light
我们从理论上研究了扭曲光与石墨烯的相互作用。在Dirac点附近确定了石墨烯中电子紧束缚态之间的光-物质相互作用矩阵元。我们研究的动力学的光激发过程中提出的密度矩阵的运动方程和工作到二阶的领域。为了阐明角动量转移的机制,研究了光激发电子的角动量及其相关光电流的时间演化。我们发现,自旋和轨道角动量从光到电子的转移在这里更类似于半导体中的带内跃迁而不是带间跃迁,这是因为石墨烯的两个相关能带起源于相同的原子轨道。
2013-09-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Holographic generation of highly twisted electron beams
在自由空间传播时,自由电子可以具有与电子云中的那些类似的固有轨道角动量。对应于电子波函数的波阵面形成螺旋结构,其扭曲的数量由\emph{angular speed}给出。具有高扭转数的束是特别感兴趣的,因为它们围绕传播轴携带高磁矩。在几种不同的技术中,电子全息术似乎是将\emph{conventional}电子束成形为具有大角动量值的螺旋形式的有前途的方法。在这里,我们提出并制造纳米制造的相位全息图,用于产生这种光束的轨道角动量高达200 $\hbar$。基于一种新的技术,测量了产生的光束的轨道角动量,并与模拟结果进行了比较。我们的工作,除了技术上的成就,可能会导致一种方式产生的电子束与高量子的磁矩沿传播方向,因此可能会被用于研究材料的磁性和操纵纳米粒子。
2014-12-11 physics.optics quant-ph
Generation of hard twisted photons by charged particles in cholesteric liquid crystals
在短波近似下,研究了光子波长远小于双螺旋线螺距,而光子逃逸角和介电常数张量的各向异性可以是任意的情况下,带电粒子穿过双螺旋板的辐射。光子的辐射是在量子电动力学与经典电流的框架。本文考虑了平面波光子和带电粒子作直线匀速运动穿过平板时产生的角动量有确定投影的光子(扭转光子)的辐射。在这种情况下,得到了辐射光子的平均数及其谱与能量和角动量投影的显式关系。结果表明,在傍轴近似中,辐射的扭曲光子的轨道角动量$l$的投影与谐波数$n\in \mathbb{Z}$相关为$l=2n+1$,即,给定的系统是如所期望的扭曲光子的纯源。结果表明,在近轴短波状态下,辐射光子的主要部分是线性偏振与$l=\pm1$在谐波$n=\{-1,0\}$。讨论了该方法的适用条件。作为例子,我们考虑了铀核产生$6.3$ eV扭曲光子和$120$ MeV电子产生X射线扭曲光子。
2021-06-07 physics.acc-ph physics.optics
Twisted-light-induced intersubband transitions in quantum wells at normal incidence
从理论上研究了具有轨道角动量的激光束(扭曲光)垂直入射半导体量子阱时引起的子带间跃迁。由于准直激光束在传播方向上呈现光的电场的分量,这些转变在没有光栅的情况下成为可能。在傍轴近似下,导出了用矢量势表示的贝塞尔型扭曲光束的光-物质相互作用矩阵元。然后,我们考虑了光激发电子在标准半导体量子阱的第一和第二子带之间进行子带间跃迁的动力学。最后,我们分析了轻物质矩阵元素,以评估在小半导体结构的情况下,对于给定的光束轨道角动量,哪些跃迁更有利。
2013-09-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observation of transition radiation carrying orbital angular momentum
本研究首次观测到由220 MeV电子入射固体靶产生的携带轨道角动量的渡越辐射,证明直线运动电子与靶相互作用也能产生扭曲光子。
2025-02-05 physics.acc-ph physics.atom-ph physics.optics
A reversible optical memory for twisted photons
我们报道了一个实验,其中光的轨道角动量映射到一个冷原子系综和出单光子水平。基于动态电磁感应透明协议,所展示的光学存储器能够可逆地映射拉盖尔-高斯模式,同时保留螺旋相位结构的手性。所展示的能力为存储编码为轨道角动量态叠加的量子比特和多维光物质界面提供了可能性。
2013-02-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Manipulating twisted electron beams
基于洛伦兹变换,给出了涡旋电子与电场和磁场相互作用的理论描述。导出了具有内禀轨道角动量的扭曲电子在外场中运动的一般动力学方程。提出了一种提取具有给定轨道极化的电子涡旋束和操纵这种电子涡旋束的方法。
2018-01-03 physics.gen-ph physics.optics
Twisted light affects ultrafast demagnetization
超短激光脉冲辐照可以在飞秒时间尺度上完全破坏铁磁薄膜的磁有序性。这种现象在超快自旋电子学和信息处理方面具有巨大的潜力,是一个活跃的研究领域。光的角动量是否能支持这种效应仍然是一个悬而未决的问题。虽然它已被证明,光的自旋只有一个可以忽略的影响,我们实验证明的轨道角动量(OAM)的超短激光脉冲的影响上的薄镍膜的磁化动力学。我们的研究结果表明,光子OAM影响的退磁行为在第一个几百飞秒取决于手性的OAM相对于样品磁化的方向。
2022-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum calculation of the Vavilov-Cherenkov radiation by twisted electrons
给出了透明介质中相对论扭曲电子发射的Vavilov-Cherenkov辐射的详细量子电动力学描述。简单的表达式的光谱和光谱角分布以及所发射的辐射的偏振特性。与平面波的情况不同,扭曲的电子在环形角区域内产生辐射,朝向其边界增强。此外,发射的光子不仅在散射平面上而且在正交方向上可以具有线性偏振。我们发现电子在两个涡旋态的叠加态中发射的Vavilov-Cherenkov辐射具有很强的方位角不对称性。因此,Vavilov-Cherenkov辐射本身提供了一个方便的诊断工具,这样的电子和补充传统的显微镜成像。
2016-02-16 hep-ph physics.optics quant-ph
Geometric phase for twisted light
即使在没有双折射的情况下,在螺旋光纤中传播的光的偏振矢量也围绕其传播轴旋转。这种旋转通常被解释为自旋为1的光子的Pancharatnam-Berry相位。在这里,我们使用纯粹的几何方法来理解这种旋转。我们发现,类似的几何旋转也存在扭曲光携带轨道角动量(OAM)。相应的几何相位可以应用于基于光子OAM态的量子计算和量子传感。
2023-02-14 physics.optics quant-ph
Twisted light, a new tool for General Relativity and beyond
我们描述并提出了第一个观测证据,即光在旋转的黑洞附近传播是扭曲的相位,并携带轨道角动量。这种物理观测的新用途,作为一个额外的工具,以前已知的引力透镜技术,使我们能够直接测量,第一次,自旋参数的黑洞。利用轨道角动量中编码的附加信息,我们不仅可以揭示致密物体的实际旋转,而且还可以将旋转黑洞作为探针来检验广义相对论。
2021-10-30 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
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
Structured x-ray beams from twisted electrons by inverse Compton scattering of laser light
为了构造空间结构的X射线光束,研究了激光与高能扭曲电子的逆康普顿散射。特别地,我们分析了扭曲电子的性质,如电子贝塞尔束的拓扑电荷和孔径角,如何影响散射X射线的能量和角分布。我们表明,与适当选择的初始扭曲电子状态,可以合成量身定制的X射线束轮廓与一个定义良好的空间结构,在某种程度上不可能与普通的平面波电子束。
2014-07-28 hep-ph physics.optics
High-Multipole Excitations of Hydrogen-Like Atoms by Twisted Photons near Phase Singularity
本文计算了类氢原子受扭曲光子态和角动量在传播方向上投影超过$\hbar$的光子态激发的跃迁振幅和跃迁截面。如果目标原子位于涡旋中心的相位奇点附近的原子尺寸量级的距离处,则到具有轨道角动量$l_f>1$的状态的跃迁速率变得与电偶极跃迁的速率相当。结果表明,当跃迁率归一化为局域光子通量时,所得到的$l_f>1$散射截面在光涡旋中心附近是奇异的。讨论了与Berry和Dennis提出的“量子核”概念的关系。
2016-04-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Atomic Spectroscopy with Twisted Photons: Separation of M1--E2 Mixed Multipoles
我们分析了扭曲光子或沿其传播方向携带额外轨道角动量的光子对原子光激发到离散态的影响。从角动量和宇称的考虑,我们能够扭转光子的光激发振幅与它们的平面波类似物,独立的原子波函数的细节。我们分析了电离态原子混合多极$E2-M1$跃迁的光吸收截面,发现了光子拓扑结构的根本差异。我们的理论分析表明,它是可能的,以提取不同的多极贡献的相对跃迁率作为原子的位置(或碰撞参量)相对于光学涡旋中心的函数测量的光激发率。所提出的多极子分离技术可以实现,如果目标的原子位置是解决与亚波长精度,例如,与保罗陷阱。数值例子硼类高电荷态离子(HCI)。
2018-01-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Second-order moment equivalence of twisted Gaussian Schell model beams and orbital angular momentum eigenmodes
Universidade Federal Fluminense(弗鲁米嫩塞联邦大学);Universidad de Concepción(康塞普西翁大学);Universidad del Bío-Bío(比奥比奥大学);Universidade Federal do Rio de Janeiro(里约热内卢联邦大学)
研究揭示了任意圆对称相干轨道角动量本征模与扭曲高斯舍尔模型光束的二次矩矩阵具有相同形式,为不同光束家族的参数对应提供了直接识别方法。
2026-05-14 physics.optics quant-ph
X-ray diffraction from chiral molecules with twisted beams
Argonne National Laboratory(阿贡国家实验室)
该研究通过理论分析揭示了手性分子在特定光束和样品条件下可产生可测量的双折射散射信号,证明了定向分子对双折射响应的重要性。
2026-08-13 physics.chem-ph physics.optics
Twisted electron in a strong laser wave
携带轨道角动量(OAM)的电子最近在理论上被发现,并在实验上获得,这为在高能物理中使用它们开辟了可能性。我们考虑这样一个扭曲的电子在平面电磁波的外场中运动,研究了外场对电子的OAM的影响。由于高功率激光器的发展,我们把注意力集中在一个经典的强场制度,其中$-e^2 \bar {A^2}/m_e^2 c^4 \gtrsim 1$。结果表明,除了著名的“平面波”Volkov解外,Dirac方程还有“非平面波”解,它具有OAM和自旋轨道耦合,推广了自由电子的Bessel态.具有OAM的电子在圆偏振激光波中的运动揭示了双重特征:波包中心沿着经典的螺旋轨迹运动,即使对于自由电子也存在一定的量子横向加宽(由于OAM)。使用扭曲的状态,我们计算电子的总角动量和预测其在强场制度,这是类似于众所周知的电子的动量和质量的变化(和一个不太知名的移动其自旋)在强场。由于电子的有效角动量在平面波中是守恒的,以及在一些更一般的场配置,我们讨论了几种可能的加速非相对论扭曲电子通过使用聚焦和组合电磁场。
2012-11-21 hep-ph physics.acc-ph physics.optics
Ultraslow optical centrifuge with arbitrarily low rotational acceleration
Department of Physics & Astronomy, The University of British Columbia(不列颠哥伦比亚大学物理与天文系)
本研究提出了一种能够实现任意低旋转加速度的超慢光学离心机,通过非线性互相关技术验证其可调性,并展示其在分子旋转控制中的应用潜力。
2026-03-11 physics.chem-ph physics.optics
Twisted Radiation by Electrons in Spiral Motion
从理论上证明了作圆周/螺旋运动的单个自由电子辐射出的电磁波具有螺旋相位结构并带有轨道角动量。我们用相对论电子作螺旋运动时的双缝衍射实验证明了这一点。我们表明,扭曲的光子应该自然产生的回旋/同步辐射或康普顿散射在宇宙空间中的各种情况下。我们提出了从无线电波到γ射线的各种波长的有前途的实验室涡旋光子源。
2016-09-16 physics.acc-ph physics.optics
Angular Momentum of a Photon and Phase Conjugation
利用理想相位共轭镜的概念,我们证明了无论内部物理机制如何,奇异激光束的相位共轭都伴随着内波的激发,内波携带加倍的角动量,以满足角动量守恒。对于布里渊超声波前反转镜,这意味着属于散斑图案的每个基本光学涡旋发射具有双倍拓扑电荷的声学涡旋波。得到了位相奇点附近光强和超声波强度的精确空间分布。这些螺旋轮廓具有双螺旋的形式,其随着声音的频率旋转。提出了一个光声实验,用于可视化扭曲光束的波前反转和可调谐扭曲声的产生。
2008-05-12 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn