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
Antiferromagnetic real-space configuration probed by dichroism in scattered x-ray beams with orbital angular momentum
本研究利用携带轨道角动量的X射线束，在含拓扑缺陷的人工反铁磁体中发现了与光束螺旋性耦合的新型圆二向色效应，可探测反铁磁基态实空间构型，为软X射线表征提供了新途径。
2023-06-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical multipolar torque in structured electromagnetic fields: on `helicity gradient' torque, quadrupolar torque and the spin of field gradient
结构光通过光学力和扭矩与物质机械地相互作用。传统上，通过进入包围物体的体积中的总角动量（AM）的通量来计算光学扭矩。在[Phys. Rev. A 92，043843（2015）]中，提出了一种强大的方法来计算光学AM的自旋通量和轨道部分的光学扭矩，提供了有用的物理见解。然而，该方法预测了一种新类型的偶极扭矩依赖于光束的螺旋密度的梯度，与先前的扭矩计算不一致。在这项工作中，我们打算澄清这一矛盾，消除混乱。我们重新推导，从第一原理和详细的推导，传统的偶极总扭矩使用总AM通量，和相应的AM贡献的基础上的自旋和轨道扭矩分量，确保其总和与总扭矩一致。我们还测试了我们推导的解析表达式对数值积分，与精确的协议。我们发现，“螺旋度梯度”扭矩项确实存在于自旋和轨道组件分开，但我们提出了纠正前因子，使添加它们后，他们取消了，和“螺旋度梯度”项消失的总偶极扭矩，调和文献结果。我们还推导出四极矩的解析表达式，表明它与EM场梯度的自旋成正比，而不是文献中有时错误假设的局部EM场自旋。我们提供了反直觉的情况下，电磁场梯度的自旋行为非常不同的本地EM自旋的例子。天真地使用本地EM场自旋导致错误的预测的扭矩大粒子的四极和高阶多极子的强大贡献，特别是在一个结构化的入射场。
2021-12-16 physics.optics
Coherent transfer of optical orbital angular momentum in multi-order Raman sideband generation
给出了利用光涡旋产生拉曼边带的实验结果。通过产生两组来自拉曼活性晶体中不同位置的边带，一组包含光学轨道角动量，另一组作为参考，对每个边带同时实现了杨氏双缝实验。利用两组边带之间的干涉来确定各阶的螺旋度和拓扑荷。拓扑电荷在所有订单被发现是离散的，并遵循级联拉曼过程预测的选择规则。
2012-05-30 physics.optics quant-ph
Helicity and Angular Momentum. A Symmetry based framework for the study of Light-Matter Interactions
我们提出了一个新的理论和实践框架，研究光与物质的相互作用和光的角动量。我们的建议是基于螺旋度，总角动量，并使用对称性。我们比较了新的框架，目前的治疗，这是基于单独考虑自旋角动量和轨道角动量，并使用两者之间的转移的物理解释。在我们的建议中，自旋和轨道角动量分离的基本问题是避免，预测的基础上的对称性的系统，和实际应用的概念是直截了当的。最后，该框架是用来表明，自旋轨道转移的概念适用于聚焦和散射掩盖了两个完全不同的物理现象，涉及到不同的基本对称性的破坏：横向平移对称性的聚焦和电磁对偶性对称性的散射。
2013-06-10 physics.optics
Optical spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous anisotropic media
实验证明了圆偏振光所携带的自旋角动量被转换成轨道角动量的光学过程，从而产生了波前螺旋度受输入偏振控制的螺旋模。这种现象需要光与光学不均匀和各向异性的物质相互作用。基本的物理学也与所谓的Pancharatnam-Berry几何相位有关，这些相位涉及光学偏振的任何非均匀变换。
2007-12-01 cond-mat.soft physics.optics quant-ph
Spin- and orbital-Hall effect in cyclic group symmetric metasurface
光具有自旋和轨道角动量（AM）。而自旋AM由圆偏振的螺旋度决定，轨道AM由涡旋光束的拓扑荷决定。AM与光束轨道的相互作用产生光学自旋霍尔效应或轨道霍尔效应，表现为光束的自旋相关或拓扑电荷相关的横向位移。AM的守恒使得能够实现自旋到轨道AM转换，其中圆偏振高斯光束被转换为具有拓扑电荷$\pm 2$的相反螺旋度圆偏振涡旋光束，这是通过自旋翻转控制空间光束轮廓的示例。然而，所得到的涡旋光束具有光束重心不变，与入射高斯光束相同，意味着零横向位移。在这里，我们介绍了一个循环群对称的超颖表面演示涡旋光束的产生表现出自旋相关的横向位移，即自旋和轨道霍尔效应，归因于根据循环群的顺序$n$的散射光束的动力学相位的改变，同时保持几何相位常数。通过自旋和轨道霍尔效应产生横向位移的自旋控制空间光束轮廓的能力对于利用轨道AM模分复用的光通信中的空间解复用以及对于涉及涡旋光束的光涡旋镊子和信号处理具有重要意义。
2016-08-17 physics.optics
Magnetic Control of Transmission and Helicity of Nano-Structured Optical Beams in Magnetoplasmonic Vortex Lenses
我们从理论上研究了利用金螺旋狭缝包围的磁等离子体针尖产生具有所需轨道角动量的远场传输光束。一旦通过施加外部磁场激活磁光活性，磁性材料的使用可以导致重要的影响。这里提出的物理模型和数值研究引入了磁可调等离子体涡旋透镜的概念，即磁等离子体涡旋透镜，它确保了所产生的纳米结构光束的偏振态的可调选择性。所提出的系统提供了一个很有前途的平台，本地化的激发等离子体激元漩涡，然后在远场的光束与光的透射率和螺旋度的主动调制。
2017-10-23 physics.optics
The Azimuthally-Radially Polarized Beam: Helicity and Momentum Densities, Generation and Optimal Chiral Light
本研究探究方位角-径向偏振光束（ARPB）的光学特性，定义其最优手性光状态，推导场量与动量密度分布，提出可控生成方案，有望用于手性粒子的一维精准探测与对映体分离。
2023-08-03 physics.optics
On the transformations generated by the electromagnetic spin and orbital angular momentum operators
本文研究了横向“自旋角动量”和“轨道角动量”算符的性质。我们表明，“自旋角动量”运营商是发电机的空间翻译，这取决于螺旋度和频率和“轨道角动量”运营商产生的变换是一个序列的这种平移和旋转。我们给出了一些使用这些运营商在轻物质相互作用问题的例子。它们与螺旋度算子的关系允许在分析中涉及电磁对偶对称性。我们还发现，同时本征态的三个“自旋”运营商和宇称定义了一种类型的常设模式，最近被挑出来的光与手性分子的相互作用。相对于“自旋角动量”，极化，和总角动量之间的关系，我们表明，除了一个单一的平面波的情况下，总的场的角动量是解耦的，从其矢量自由度，即使在该政权的傍轴近似举行。最后，我们指出了这三个“自旋”算子与Pauli-Lubanski四维向量的空间部分之间的关系。
2014-05-23 physics.optics
Selection Rules for Optical Vortex Absorption by Landau-quantized Electrons
光学涡旋光束除了携带自旋角动量$σ$之外，还携带轨道角动量$\ell$。我们证明了朗道量子化的二维电子系统通过修正的选择定则吸收涡旋光束，反映了两种角动量。最低朗道能级电子在电偶极跃迁中吸收正螺旋度$σ=1$和$\ell=0$或负螺旋度$σ=-1$和$\ell=2$的涡旋光束。由于体电流的抵消，感应电流仅沿样品的边缘存在。因此，可以仅通过边缘电流来感应磁化。结果表明，当束的暗环与盘边缘重合时，诱导轨道磁化消失。该方案可以使用光学涡旋光束提供螺旋度相关的吸收。
2019-06-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Reactive helicity and reactive power in nanoscale optics: Evanescent waves. Kerker conditions. Optical theorems and reactive dichroism
提出了复螺旋定理。它构成了一个新的法律，规则的建立反应螺旋通过其零时间平均流量。它的虚坡印亭动量帐户的吸积无功功率，说明：倏逝波和磁场从磁介电偶极纳米粒子散射。至于前者，我们表明，它的反应螺旋性可以通过实验观察到，因为我们引入了反应自旋动量和反应轨道动量，我们表达的虚场动量，其横向分量产生的磁电粒子上的光学力，如我们所示，可能会超过，并可以区分，由于所谓的非凡的动量已知的力量。我们还发现了这样的磁电粒子上的非保守力，作用在倏逝波的衰减方向上，并且也可以从标准梯度力中区分出来，从而使得波场的无功功率也是可观察的。关于磁电纳米粒子的光散射，我们建立了两个光学定理，支配吸积的反应螺旋度和反应功率的消光入射波螺旋度和能量。像一个核总-内部加上外部-无功功率是在一个共振散射功率的根源，我们表明，零总反应螺旋度的基础上的共振散射螺旋度。第一个Kerker条件，即粒子在圆偏振光照射下成为对偶粒子，我们证明了一个核的总散射反应螺旋度。和排放。我们发现了一个歧视性的性质的反应螺旋度的手性光入射到手性纳米粒子的激发外部反应功率。这对于光学近场对映体分离，我们称之为反应二向色性。
2021-09-22 physics.optics
Direct observation of the effects of spin dependent momentum of light in optical tweezers
我们证明了圆偏振高斯光束在光镊中的紧聚焦导致自旋动量锁定-横向自旋角动量密度与螺旋度无关，而横向动量（坡印廷矢量）则与螺旋度有关。我们的理论计算，数值模拟和实验表明，分层介质的存在下，在捕获光束的路径中显着提高了横向动量的大小在径向方向上相对于光束轴，同样，也导致高离轴强度。这种重叠使我们能够实验观察到的双折射粒子的圆周运动，被困离轴，在响应于输入的圆偏振基本高斯光束携带没有固有的轨道角动量。圆周运动取决于输入光束的螺旋度，因此我们可以将其识别为在我们的光镊装置中获得的传播光束中的难以捉摸的贝林凡特自旋的签名。我们的工作可以扩展到高阶光束携带固有轨道角动量导致简单的路线实现复杂的粒子操纵使用光镊。
2020-04-08 physics.optics
Rotational Doppler Effect and Spin-Rotation Coupling
本文阐明了依赖螺旋性的旋转多普勒效应的理论基础，基于自旋-旋转耦合现象指出旋转观测者的非局域测量波振幅随旋转方向变化，揭示了超越标准相对论的物理意义。
2024-03-25 gr-qc 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
Optical forces, helicity, angular momentum and how they are all intertwined
Centro de Física de Materiales (CFM), CSIC-UPV/EHU（材料物理中心，西班牙科学研究中心-巴斯克国立大学）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Basic Sciences Department, Mondragon Unibertsitatea（蒙德拉贡大学基础科学系）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯基，巴斯克科学基金会）
本研究推导了LG光束对微米级颗粒的光学力和扭矩解析表达式，揭示了手性与轨道角动量对捕获动态的影响，并展示了切向扭矩的独特性质，为光学操控技术的发展提供了新思路。
2026-01-30 physics.optics
Molecular chirality and the orbital angular momentum of light
具有一种新的和独特类型的螺旋度的光束已经成为最近非常感兴趣的主题。虽然圆偏振光包括具有自旋角动量的光子，但这些光学工程“扭曲光束”（光学涡旋）被赋予轨道角动量。在这里，电磁场的波阵面呈螺旋形.到目前为止，光学涡旋一般只研究了它们与非手性物质的相互作用。这项研究评估了什么样的新功能，如果有的话，可以预期当这样的光束被用来询问手性系统。
2003-05-01 physics.chem-ph physics.optics
Helicity, polarization, and Riemann-Silberstein vortices
Riemann-Silberstein（RS）涡旋被定义为时空中的曲面，其中由F=E+iB给出的自由电磁场的复形式为零（F.F=0），并且它们确实可以被解释为场的运动涡旋线扫出的集体历史。形式上，零度条件类似于与单色电场或磁场相关联的“C线”的定义，其是空间中的曲线，其中极化椭圆退化为圆形。然而，人们注意到，单色场的RS涡旋通常以光学频率振荡，因此当电和磁C线稳定时是不可观察的。在这里，我表明，在额外的假设下，有一定的螺旋度，RS涡不仅是稳定的，但他们符合两套C线，电和磁。因此，对于确定频率和螺旋度的波来说，这两个概念合二为一。由于RS涡旋的定义是相对论不变的，而C线的定义则不是，因此将涡旋视为确定螺旋度波的C线的宽带推广可能是有用的。
2004-02-16 math-ph math.AP math.MP
Transfer of orbital angular momentum of light using two component slow light
研究了具有轨道角动量的慢光在冷原子云中的操纵。原子受到四个共同传播的控制激光束的影响，在一个双三脚架配置的原子能级，允许最小化的控制光束的涡核处的损失。在这种情况下，原子介质对于一对共同传播的探测场是透明的，从而产生双分量（旋量）慢光。研究了当两束控制光携带螺旋度相反的光学涡旋时，探测光场之间的相互作用。结果，在不关断和接通控制光束的情况下，发生光涡旋从控制场到探测场的转移。在单三角架方案中缺少该特征，其中光涡旋仅在光的存储或检索期间可以从控制场转移到探测场。
2013-06-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Sustained Orbital Motion Driven by Circularly Polarized Light in Nanoscale Stator-Rotor Architectures
Westlake University（西湖大学）；Westlake Institute for Advanced Study（西湖高等研究院）；Zhejiang University（浙江大学）；Suzhou Laboratory（苏州实验室）
本研究通过模拟提出纳米级定子-转子结构，利用圆偏振光产生非保守切向力，实现转子持续轨道运动，并通过材料优化降低温升，为纳米尺度循环光学驱动提供新途径。
2026-09-22 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
Intrinsic angular momentum, spin and helicity of higher-order Poincare modes
本文通过纳入通常被忽略的轴向场分量，首次确定了高阶庞加莱拉盖尔-高斯模式的内禀角动量、自旋、螺旋度与手性，并预测其展现出显著增强的超手性特性。
2024-06-30 physics.atom-ph physics.optics
Electromagnetic wave propagating along a space curve
利用薄层近似方法，导出了电磁波沿空间曲线传播的有效方程。我们发现了内禀自旋-轨道、外禀自旋-轨道、外禀轨道角动量和内禀轨道角动量之间的扭转耦合，这些耦合可以导致几何相位、自旋和轨道霍尔效应。我们还证明了由曲率引起的螺旋度反转可以将右旋圆极化的电磁波转换为左旋极化的电磁波，反之亦然。最后，我们证明了有效动力学的规范不变性是由几何诱导规范势保护的。
2018-02-12 gr-qc physics.optics
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
Comments on "Geometric Phase Associated with Transformations of Optical Beams Bearing Orbital Angular Momentum"
在本说明中，我提出了我对上述文件中提出的想法的看法。
2003-10-18 physics.gen-ph physics.optics
Dynamical characteristics of electromagnetic field under conditions of total reflection
电磁场的动力学特性包括能量、动量、角动量（自旋）和螺旋度。分析了任意偏振的单色平面波入射到两种透明非色散介质的平面界面附近时，在较低光密度的介质中形成倏逝波时，它们的空间分布。基于最近支持材料介质中电磁动量的Minkowski定义的论点[Phys.Rev.A83，013823（2011）; 86，055802（2012）; Phys.Rev.Lett.2012]，119，073901（2017）]，我们推导出两种介质中动力学特性的显式表达式，特别注意它们在界面处的行为。特别是，“非凡的”自旋和动量分量的入射平面正交的描述，和规范（自旋轨道）动量分解进行，不包含奇异项。场能量、螺旋度、自旋动量和轨道动量分量处处规则，但在界面处不连续;平行于界面的自旋分量似乎是连续的，这证明了所采用的闵可夫斯基图像的一致性。该结果为非均匀介质中空间自由度和偏振自由度分离的电磁动量分解提供了一个有意义的例子，可用于工程上设计用于光学分选、调度和微操作的结构场。
2018-03-19 physics.optics
Constructing a chiral dipolar mode in an achiral nanostructure
我们讨论了在非手性硅纳米粒子中手性偶极模的激发。特别地，我们利用硅纳米颗粒的电和磁极化率来构建这种手性电磁模式，其在概念上类似于3D手性纳米结构或分子的基本模式。我们描述了所选择的定制激发与既不携带自旋也不携带轨道角动量的光束和调查的螺旋度基础上的手征偶极模式的发射特性，由平行的电和磁偶极矩，相移$\pm π/2$。我们证明了波长的依赖性和测量的自旋和轨道角动量的激发手征模式的发射。
2018-05-18 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
A Chiral Inverse Faraday Effect Mediated by an Inversely Designed Plasmonic Antenna
逆法拉第效应是一种磁光过程，允许通过携带非零自旋或轨道力矩的光激发来磁化物质。这种现象到目前为止被认为是对称的;右或左圆偏振产生沿光传播方向或沿相反传播方向取向的磁场。在这里，我们证明，通过操纵光的自旋密度的等离子体纳米结构，我们产生了手性逆法拉第效应，创建一个强的磁场的500 mT的光的一个螺旋度，相反的螺旋度产生这种效果，只有镜面结构。这种新的光学概念开辟了用非偏振光产生磁场的道路，在磁畴和过程的超快操纵中找到应用，如自旋进动、自旋电流和波、磁skyrmion或磁圆二色性，并直接应用于数据存储和数据处理技术。
2023-01-14 physics.optics
Single-frame characterization of ultrafast pulses with spatiotemporal orbital angular momentum
携带时空轨道角动量的光（ST-OAM）使得由横向OAM产生的新型光学涡旋成为可能。ST-OAM脉冲在传播、传输、折射、衍射和非线性转换过程中表现出新颖的特性，吸引了越来越多的实验和理论兴趣和研究。然而，一个主要的挑战是缺乏一个简单而直接的方法来表征超快ST-OAM脉冲。使用空间分辨光谱干涉，我们展示了一个简单的，固定的，单帧的方法来定量表征超短光脉冲携带ST-OAM。使用我们的方法，可以从原始数据上直接看到的独特且明确的特征中轻松识别ST-OAM脉冲的存在，包括其主要特征，例如拓扑电荷数和OAM螺旋度，而无需进行任何分析数据。经过处理和重建，其他精致的功能，包括脉冲色散和光束发散，也可以充分表征。我们的快速表征方法允许在ST-OAM脉冲的生成和光学对准过程中实现高吞吐量和快速反馈。通过使用与脉冲重复率匹配的高速相机，可以直接将我们的方法扩展到单次测量。这种新方法有助于推进时空结构光及其在先进计量学中的应用。
2022-06-14 physics.app-ph physics.optics
