Electron vortex beams in a magnetic field and spin filter
研究了电子涡旋束在磁场中的传输。指出当带有轨道角动量的涡旋电子束在磁场中传输时，标量电子绕涡旋线作循环运动所产生的Berry曲率与自由空间中的Berry曲率相比发生了变化.这改变了自旋-轨道相互作用，从而影响了非傍轴光束的传播。倾斜涡旋电子束在自由空间中产生自旋霍尔效应。在时空中存在磁场的情况下，我们进行自旋过滤，使得正或负自旋态出现在自旋霍尔电流中，自旋$\frac{1}{2}$态成簇。
2015-02-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Machine learning-based classification of vector vortex beams
结构光在经典光学和量子光学中有着广泛的应用。由于光学偏振和轨道角动量之间的非平凡相关性，所谓的矢量涡旋光束在这两种情况下都显示出特殊的性质。在这里，我们展示了一个新的，灵活的实验方法的分类涡旋矢量光束。我们首先描述了一个平台，用于产生受光子量子行走启发的任意复矢量涡旋光束。然后，我们利用最近的机器学习方法-即卷积神经网络和主成分分析-来识别和分类特定的偏振模式。我们的研究证明了使用基于机器学习的协议来构建和表征量子协议的高维资源所带来的显著优势。
2020-05-16 quant-ph
Chiral specific electron vortex beam spectroscopy
电子涡旋束携带关于传播轴的明确定义的轨道角动量（OAM）。因此，这种光束的特征在于手性特征，这使得它们潜在地用作磁性和其他手性材料的探针。的非弹性过程中，电子涡旋束与原子相互作用，其中涉及OAM交换的分析概述，导致多极选择规则，这种手性特定的电子涡旋束光谱。我们的结果清楚地表明，选择规则依赖于所涉及的原子的动力学状态和位置。在最有利的情况下，这种形式的电子能谱可以诱导磁子能级跃迁，通常使用圆偏振光子束进行探测。
2013-07-29 physics.optics quant-ph
Probing the topological charge of a vortex beam with dynamic angular double slits
当具有螺旋相位结构的涡旋光束通过动态角双缝（ADS）时，由于相位差的影响，干涉图样在ADS角平分线方向上呈现相消和相长的交替变化。基于这一性质，我们在实验上证明了一种简单的方法，可以精确而有效地确定涡旋光束的拓扑荷。此外，该方案还可以同时确定涡旋光束拓扑荷的模和符号。
2015-01-24 physics.optics quant-ph
Axial superlocalization with vortex beams
提高轴向分辨率对于三维光学成像系统是至关重要的。在这里，我们调查的最终精度轴向定位使用涡旋光束。对于拉盖尔-高斯光束，仅用强度扫描就可以达到这个极限。对于拉盖尔-高斯光束的叠加，特别是对于具有在散焦时旋转的强度分布的那些，情况并非如此。因此，基于旋转涡旋光束的显微镜方法可以受益于用先进的模式分选技术取代传统的强度传感器。
2021-03-06 physics.optics quant-ph
A novel vortex generator and mode converter for electrons
本文描述了一种电子涡旋束模式转换器。数值模拟和实验结果表明，该变换器将拓扑荷为$m=\pm 1$的涡旋光束变换为近似于厄米-高斯HG $_{10}$和HG $_{01}$模的涡旋光束.该转换器可用作电子涡旋束的模式滤波器或模式滤波器。将转换器与相位板组合将平面波转换成具有拓扑电荷$m=\pm 1$的模式。这种组合作为高亮度电子涡旋束的发生器。
2012-05-10 physics.acc-ph quant-ph
Nondiffracting beams for vortex tomography
我们提出了一个重建的涡旋光束的基础上实施的二次变换的轨道角动量。这些信息被编码在类似贝塞尔的无衍射光束的叠加中。在不同位置处的角概率分布的测量允许魏格纳函数的重建。
2010-05-12 physics.optics quant-ph
Vector Vortex Beam Emitter Embedded in a Photonic Chip
矢量涡旋光束同时携带光的自旋和轨道角动量，为现代光学提供了额外的自由度，并为经典和量子信息技术提供了新的资源。固有的无限维度可以被利用来增强数据容量，以维持大数据和互联网流量的前所未有的增长，并且可以被编码以在高维希尔伯特空间中构建量子计算机器。目前，矢量涡旋光束从芯片表面发射到自由空间的研究已经取得了很大的进展，但在光子晶体芯片内部产生矢量涡旋光束的研究还没有实现。在这里，我们展示了第一个矢量涡旋光束发射器嵌入在光子芯片使用飞秒激光直写。我们实现了矢量涡旋光束与高斯光束的转换，转换效率高达30%，标量涡旋光束的转换效率高达74%。我们还提出了一个扩展的耦合模模型来理解模式转换和制造过程中的缺陷的影响。嵌入式产生的方式使得矢量涡旋光束可以直接用于进一步的传输、操纵和发射，而无需任何额外的互连。再加上作为阵列集成的能力，我们的研究结果可能使矢量涡旋光束能够在光子芯片内进行高容量通信和高维量子信息处理。
2020-01-27 physics.optics quant-ph
Characterizing vortex beam with angular-double-slit interference
研究了拉盖尔-高斯光束在角双缝干涉仪中的夫琅禾费衍射光强分布。结果表明，在这种干涉几何结构下，涡旋光的螺旋相位结构可以清晰地显示出来，这为区分不同阶次的拉盖尔-高斯光束提供了一种有效的方法。这种角向双缝干涉使我们对轨道角动量的性质有了更好的理解，并对涡旋光束干涉现象有了更好的解释。
2013-05-24 physics.optics quant-ph
Quantum-optical Description of Phase Conjugation of Vector Vortex Beams in Stimulated Parametric Down Conversion
提出了一种量子光学方法来描述两个I型晶体“三明治”结构中受激参量下转换，该结构考虑了矢量涡旋光束的参量相互作用。我们分析了种子矢量光束相位共轭发生的条件。然后，我们使用两种策略来定义广义斯托克斯参数来描述矢量涡旋光束的相位共轭。这些允许几何表示，如高阶庞加莱球。我们的研究结果对于描述和设计矢量涡旋光束的受激和自发参量下转换实验是有用的。
2020-05-04 physics.optics quant-ph
Non-Diffracting Electron Vortex Beams Balancing Their Electron-Electron Interactions
通过在量子力学中引入光束整形的概念，我们证明了描述多个电子的量子波函数的干涉效应如何精确地平衡电子之间的排斥力。通过对费米子波函数进行适当的整形，我们提出了多电子无衍射涡旋束形式的多电子无衍射量子波包，这些量子波包也可以携带轨道角动量。波函数被设计为补偿电子之间的排斥和衍射加宽。这种波函数成形有利于在许多应用中使用更高电流的电子束，从而提高电子显微镜和相关系统中的信噪比，而不会影响空间分辨率。我们的方案可能适用于任何带电粒子束，如质子，μ子和离子束。
2016-07-26 quant-ph
Singularity of relativistic vortex beam and proper relativistic observables
我们研究了这两组相对论性算符下相对论性涡旋光束的相位奇异性。其中一个包括新的自旋和轨道角动量（OAM）算符，它是从宇称扩展庞加莱群，另一个是由（通常）狄拉克自旋和OAM算符。第一组预测相同的奇异环流的非相对论涡旋光束。另一方面，第二组预期的奇异性的环流是自旋取向相关的，可以消失，特别是相对论傍轴电子束的自旋平行于传播方向。这些截然不同的预测表明，相对论性电子束实验与自旋极化电子首次回答了长期存在的基本问题，即，从相对论量子力学的开端，到狄拉克方程的发现，什么是正确的相对论观测量。
2019-04-26 quant-ph
Measuring the non-separability of classically entangled vector vortex beams
鉴于矢量涡旋光束的众多应用，需要强大的工具来测量它们。在这里，我们利用这种光束的不可分离性，类似于量子态的纠缠，将传统上与量子测量相关的工具应用于这些经典领域。我们采用三种措施的不可分离性：贝尔不等式，并发，和纠缠熵定义的“矢量”这样的光束。除了为矢量光束的分析提供新的工具外，我们还引入了经典纠缠的概念来解释为什么这些工具是合适的。
2015-02-07 physics.optics quant-ph
Unified approach towards the dynamics of optical and electron vortex beams
我们从几何相位和相关的霍尔效应的角度提出了一个统一的框架来研究光学和电子涡旋光束的动力学。统一归因于这样一个概念，即相对论性粒子的自旋自由度，无论是有质量还是无质量，都与涡线有关。%柱坐标中的公式导致与轨道角动量（OAM）相关的局部涡旋结构。基于圆柱坐标系，导出了与轨道角动量（OAM）有关的局域涡旋结构，证明了当电子涡旋束（EVB）在外电场中运动时，傍轴电子束产生OAM霍尔效应，而具有倾斜涡旋的非傍轴电子束在自由空间和外场中均产生自旋霍尔效应.类似的分析表明，非均匀介质中的傍轴涡旋光束（OVB）会产生OAM霍尔效应，而具有倾斜涡旋的非傍轴光束则会产生自旋霍尔效应。此外，OVB和EVB与倾斜的涡旋产生的OAM状态与任意的分数值。
2016-03-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Orbital angular momentum mode selection by rotationally symmetric superposition of chiral states with application to electron vortex beams
提出了一种适用于旋转对称叠加手征态的轨道角动量（OAM）选模原理。这一原理不仅能够解释螺旋波带片全息图的操作，并表明自然发生的旋转对称图案可能是涡旋光束的无意来源，但更重要的是，它使一般的结构OAM波的系统和灵活的生成。实验和理论上证明了这一点的背景下，使用旋转对称的二元振幅手性筛掩模的电子涡旋束。
2017-01-14 physics.optics quant-ph
Exploiting lens aberrations to create electron vortex beams
提出了一种新的电子涡旋束产生方法的模型，并进行了实验验证。该技术要求对透镜像差的自由度进行受控操纵，以实现螺旋形相位波前。这些自由度可以通过使用透射电子显微镜的校正透镜来获得。涡旋光束是通过将这些透镜特别对准成专门设计的偏振状态并在聚光器平面中应用环形孔径而产生的。实验结果与模拟结果吻合较好。
2013-07-18 physics.optics quant-ph
Real-time Phase Conjugation of Vector Vortex Beams
矢量涡旋光束在更好地理解相干性和偏振性方面发挥了重要作用。它们由空间非均匀偏振态描述，其呈现出丰富的光学模式结构，在光通信、成像、光谱学和计量学中的应用引起了广泛的关注。然而，这种复杂的模式结构可以是相当有害的传播效应，如湍流和双折射扰动光束。已经提出光学相位共轭作为从扰动恢复光束的方法。在这里，我们证明了全相位共轭矢量涡旋光束使用三波混频。我们的方案利用了一个快速的非线性过程，可以方便地通过泵浦光束控制。我们的研究结果为矢量光束的复杂的实际应用铺平了道路。
2019-10-16 physics.optics quant-ph
An Upper Bound on the Rate of Information Transfer in Optical Vortex Beams
被赋予轨道角动量的光，通常被称为光学涡旋光，具有由轨道量子数$l$索引的方位角相位。与光学自旋角动量的两个基态相反，对光学涡旋光束的信息内容的兴趣集中在假设$\lvert{l}\rangle{}$形成可数无限的基态集合上。最近的实验观察，群速度是成反比的$l$提供了一个理论基础的信息传输的实际措施。这封信为这一措施设定了一个上限。
2017-03-25 physics.optics quant-ph
Spatio-temporal vortex beams and angular momentum
我们提出了一个时空推广的已知的空间（单色）波涡旋光束携带内禀轨道角动量（OAM）沿传播方向。一般的时空涡旋光束是多色的，并且可以携带与平均动量成任意角度的本征OAM。应用（i）横波-矢量位移或（ii）洛伦兹提升到单色贝塞尔光束，我们构造了一族（i）时间衍射或（ii）无衍射时空贝塞尔光束，它们是Klein-Gordon波动方程的精确解。所提出的时空OAM态能够描述光子或电子涡旋态（相对论和非相对论），并且可以在粒子碰撞、运动介质光学、量子通信和天体物理学中找到应用。
2012-09-04 hep-th physics.optics quant-ph
The geometric phase and the geometrodynamics of relativistic electron vortex beams
本文从涡旋线周围标量电子的几何相位出发，研究了相对论电子涡旋束的几何动力学。指出带有轨道角动量的电子涡旋束是费米子Skyrmion模型的自然结果。这是由于在Nelson随机力学的框架下，引入方向矢量（涡线）来描述自旋自由度时，费米子的量子化过程。在这种形式中，费米子被描述为围绕涡线的标量粒子。结果表明，当标量电子环绕涡旋线所获得的Berry相位涉及量子化的Dirac位相时，当涡旋线平行（正交）于波前传播方向时，我们得到傍轴（非傍轴）光束。非傍轴光束包含自旋-轨道相互作用。当涡旋线相对于传播方向倾斜时，Berry相位涉及非量子化的量子化。考虑到自旋电荷的重整化群流，本文研究了倾斜涡旋方向的时间变化，并预测这将引起自旋霍尔效应。
2013-11-28 cond-mat.mes-hall hep-th quant-ph
Stereographical visualization of a polarization state using weak measurements with an optical-vortex beam
我们提出了一个立体可视化方案的偏振态的二维成像的弱值与一个单一的设置。其核心思想是在弱测量中采用拉盖尔-高斯模或涡旋光束作为探测态。我们的方案的优点是，我们可以提取信息的偏振状态从单一的图像中的零强度点的光学涡旋光束对应的立体投影点的庞加莱球。我们实验上进行单次弱测量，以验证庞加莱球上的偏振态和零强度点的位置之间的立体关系。
2015-08-18 physics.optics quant-ph
Relativistic Electron Vortex Beams: Angular Momentum and Spin-Orbit Interaction
受最近发现的携带轨道角动量（AM）的电子涡旋束的启发，我们构造了狄拉克方程的精确贝塞尔束解。它们描述了标量电子束的相对论和非傍轴修正。我们用Berry-phase修正描述了电子的自旋和轨道AM，并预言了自由空间中的内禀自旋-轨道耦合。这可以被观察到作为一个自旋相关的概率分布的聚焦电子涡旋束。此外，磁矩的计算，这表明不同的$g$ -因子的自旋和轨道AM，也包含贝里相位校正。
2011-09-11 cond-mat.str-el hep-th physics.optics
Birth and evolution of an optical vortex
当一个相位奇点突然印在普通高斯光束的轴上时，光学涡旋出现并开始径向增长，通过衍射效应。这种径向增长和随后的光学涡旋在聚焦或成像下的演化可以在最近引入的圆光束理论中得到很好的描述，该理论推广了超几何高斯光束，并遵循新型的ABCD规则。在这里，我们实验研究这些涡旋传播现象和测试的有效性，圆形光束理论。此外，我们分析了新产生的光学涡旋和在像平面中获得的涡旋之间的径向结构的差异，其中完美的成像将导致涡旋核的完全闭合。
2017-02-10 physics.optics quant-ph
Measuring mode indices of a partially coherent vortex beam with HBT type experiment
部分相干涡旋（PCV）光束的交叉关联函数（CCF）与径向模和方位模折射率之间存在着强的关联。然而，以往的方案难以在实际系统中测量CCF，特别是在天文目标的情况下。本文从实验上证明了Hanbury Brown和Twiss效应可以用来测量原始涡旋光束的模折射率，并研究了PCV光束的空间相干宽度与CCF特性之间的关系。我们所采用的技术是相当有效和强大的，它可能是有用的自由空间通信和天文学领域的光子的轨道角动量。
2016-07-31 physics.optics quant-ph
Inelastic Electron Scattering at a Single-Beam Structured Light Wave
本文研究慢电子波包与传播的 Hermite-Gaussian 光束相互作用，揭示有质动力势中电子自干涉对非弹性散射、纵向聚束及能量增益谱的调控作用。
2023-01-11 physics.optics quant-ph
Relativistic electron vortex beams in a laser field
研究了电子涡旋光束与激光场相互作用时的轨道角动量霍尔效应和自旋霍尔效应。在傍轴光束的情况下，EVB和激光场的轨道-轨道相互作用的累积效应驱动轨道霍尔效应，这反过来又产生了光束的中心从无场的情况下向光子的偏振轴的偏移。此外，对于非傍轴光束，由于自旋-轨道相互作用的自旋霍尔效应，也可以观察到类似的光束中心移动。我们的分析表明，在傍轴光束的位移将总是大于在非傍轴光束。
2015-12-05 physics.optics physics.plasm-ph quant-ph
Generalized Gouy Rotation of Electron Vortex beams in uniform magnetic fields
针对传统朗道态无法完全解释电子涡旋光束本征旋转实验观测的问题，研究提出广义古伊旋转角框架，解释了负拓扑荷光束的旋转反转，经实验数据和数值模拟验证，适用于均匀磁场系统并为非均匀磁场研究奠基。
2025-06-12 physics.acc-ph physics.optics quant-ph
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
Propagation of Vortex Electron Wave Functions in a Magnetic Field
携带轴向轨道角动量（OAM）的光子的相干光束的物理学被很好地理解，并且这种光束，有时被称为涡旋光束，已经在光学和显微镜中找到了应用。最近已经产生了携带非常大的轴向OAM值的电子束。在没有耦合到外部电磁场的情况下，这种涡旋电子束的传播在数学上实际上与涡旋光子束在具有均匀折射率的介质中的传播相同。但当耦合到外部电磁场时，涡旋电子束的传输与光子的传输有明显的不同。本文利用薛定谔方程的精确路径积分解，研究了轴向OAM电子波函数随时间的演化。有趣的是，我们发现，非零OAM波函数可以得到从零OAM波函数，在这里考虑的情况下，简单地通过乘以一个适当的时间和位置相关的前置因子。因此，在这种情况下，添加OAM和传播可以由首先传播然后添加OAM来代替。此外，所示的结果提供了一个明确的事实，即OAM的旋磁比是统一的说明。我们还提出了一个新的版本的玻姆-阿哈罗诺夫效应使用涡旋电子束。
2012-02-24 math-ph math.MP physics.ins-det
