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
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
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
Topological analysis of paraxially scattered electron vortex beams
我们研究了亚纳米电子涡旋光束通过原子散射势弹性传输的拓扑结构。可以区分两个主要方面：（i）显着减少离域相比，一个类似的非涡旋光束，如果光束中心的原子柱和（ii）网站对称性依赖分裂的高阶涡旋光束。此外，结果提供了深入了解复杂的涡线织物内的弹性散射波包含特征涡环主要附着在原子柱和特征扭曲的涡线周围的原子柱。
2014-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics 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
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
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
Few-cycle vortex beam generated from self-compression of mid-infrared femtosecond vortex beam in thin plates
从理论上证明了采用薄板方案对中红外飞秒涡旋光束进行自压缩，可以产生峰值功率为亚太瓦量级的少周期涡旋光束。将输入脉宽为90 fs的3 μm飞秒涡旋光束压缩到15.1 fs，并保持了涡旋特性。转换效率高达91.5%，峰值功率达到0.18 TW。该方案实现了适当的时空匹配，使光谱得到足够的展宽，负群速度色散补偿了非线性效应引起的正啁啾，抑制了多重色散，保持了涡旋特性，从而获得了高峰值功率的少周期涡旋光束。我们的工作将有助于产生孤立的阿秒涡旋，为超快科学开辟新的视角。
2022-04-23 physics.optics
Are vector vortex beams endowed with any entanglement?
光束的偏振是最重要的物理现象之一。但到目前为止，它只被描述在傍轴近似，其中它被认为是一个单一的自由度，其特征在于局部斯托克斯参数在横向平面。基于这种描述，矢量涡旋光束被认为是偏振和空间模式的纠缠。在这里，我们表明，有没有任何纠缠在一大类代表性的矢量涡旋光束，包括著名的柱矢量光束。这是通过开发一种方法来准确地表征一般光束的偏振来实现的。研究发现，当严格推广到动量空间中的一般光束时，Stokes参数是关于自然坐标系的物理量。确定自然坐标系的所谓的Stratton矢量确定了偏振的自然表示，其中泡利矩阵表示偏振相对于自然坐标系的固有自由度。结果，斯特拉顿矢量本身表现为偏振的另一个自由度。从这个观点来看，由平行于传播轴的斯特拉顿矢量以及泡利矩阵$\hatσ_1$的本征值指定的光束精确地是矢量涡旋光束。它们没有被赋予任何纠缠。
2020-03-15 physics.optics quant-ph
The role of beam waist in Laguerre-Gauss expansion of vortex beam
拉盖尔-高斯（LG）模式表示傍轴波动方程的解的正交基组。LG的特征在于两个整数参数$n$和$\ell$，它们与光束的径向和方位角轮廓有关。模式的物理尺寸由束腰参数$w_0$确定：只有具有相同$w_0$的LG模式满足正交关系。在这里，我们推导出具有不同束腰的两个LG模式之间的标量积，并展示了如何利用这一结果来推导出LG模式的通用光束的不同扩展。特别是，我们将我们的结果应用到最近推出的圆形梁，推导出一个以前未知的扩展。最后，我们展示了如何腰参数必须选择，以优化这种扩展。
2016-11-21 physics.optics quant-ph
Propagation-invariant vortex Airy beam whose singular point follows its main lobe
本研究提出一种由艾里光束与其横向剪切光束π/2相移叠加而成的新型涡旋艾里光束，其奇点跟随主瓣、传输稳定，轨道角模纯度较传统类型最高提升10%，有望在多领域开辟新应用方向。
2021-07-05 physics.optics
Ultrafast Generation and Control of an Electron Vortex Beam via Chiral Plasmonic Near Fields
涡旋携带的物质波，如手征电子束，在应用科学和基础科学中都有重要的意义。连续波电子涡旋束通常通过被动相位掩模在电子的波函数上压印横向相位调制来制备。在这里，我们表明，飞秒手征等离子体激元近场使电子涡旋束的超快时间尺度上的产生和动态控制。由此产生的电子波包的涡旋结构探测在实空间和倒易空间使用超快透射电子显微镜。这种方法提供了一个高度的可扩展性，以小的长度尺度和阿秒精度的电子涡度的高效操纵。除了直接影响在纳米超快过程中，其中手征起着重要作用的调查，我们进一步讨论了使用这种技术的前景，以形成带电的复合粒子，如质子的波函数，以及它如何可以用来探测它们的内部结构。
2018-12-19 physics.optics quant-ph
Transmission of optical communication signals through ring core fiber using perfect vortex beams
本文实验研究了完美涡旋光束和 Laguerre-Gaussian 光束在环芯光纤中的生成与传输特性，发现完美涡旋光束能减小环半径变化并耦合更高光功率，从而降低通信链路功率要求，为高维量子通信奠定基础。
2023-09-13 physics.optics quant-ph
Influence of the radial number of Laguerre-Gaussian vortex beams on their propagation in a turbulent medium
Saint-Petersburg State University（圣彼得堡国立大学）；Saint Petersburg State Marine Technical University（圣彼得堡国立海事技术大学）；ITMO University（ITMO大学）
本文研究了径向数对Laguerre-Gaussian涡旋光束在湍流介质中传播稳定性的影响，发现增加径向数可减小横截面光束剖面的畸变。
2025-11-22 physics.optics quant-ph
Optical Vortex Beam Propagation in Turbulent Atmosphere
采用归一化模型对涡旋光束在湍流大气环境中的传输进行了理论研究。模拟结果表明，涡旋光束在长距离传输的衍射特性方面优于传统的高斯光束。利用空间光调制器（SLM）实现了涡旋小光束的形成，在不考虑SLM固有损耗的情况下，其功率效率可达90%以上。
2016-12-08 physics.optics
Vortex and anti-vortex compositions of exact elegant Laguerre-Gaussian vector beams
将传统的束流定义重新表述为它们的双向版本，并使用赫兹势，使束流场成为麦克斯韦方程组的精确矢量解。该方法适用于TM和TE偏振的高阶雅盖尔-高斯光束。它们的等拓扑荷和反拓扑荷的涡旋和反涡旋共轴合成以封闭的解析形式给出。组合光束的偏振分量由其径向和方位角折射率指定。两种类型的光束组合物的纵向分量是共同的，同时它们的横向分量是不同的，并且包括两个-非傍轴和傍轴-分别由傍轴参数和其倒数区分的独立部分。新的解决方案可能出现有用的任意矢量光束的建模和剪裁。
2016-10-15 physics.optics
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
Gradient-Based Optimization of Optical Vortex Beam Emitters
涡旋光束是麦克斯韦方程组的稳定解，携带相位奇点和轨道角动量，这些独特的性质在基础科学，光通信和量子技术中产生了许多应用。涡旋光束发射器的可扩展集成和制造将使这些应用蓬勃发展，并实现传统光学无法实现的新应用。在这里，我们提出了一个通用的框架，以产生集成的涡旋光束发射器，利用光子逆设计。实验证明了角动量从-3 $\hbar$到3 $\hbar$的涡旋光束的产生。我们通过设计能够激发自定义涡旋光束光纤的涡旋光束多路复用器来展示该设计过程的通用性。最后，我们生产的铸造制造的光束发射器具有宽带宽和高效率，利用多层异构集成。
2022-02-19 physics.optics
On vortex strength and beam propagation factor of fractional vortex beams
具有非整数拓扑荷的分数阶涡旋光束（FVB）由于其独特的传输特性而备受关注，但其总涡旋强度的变化仍存在不同的观点。本文用实验方法研究了FVB在夫琅禾费衍射区的涡旋分布和数目。证明了只有当非整数拓扑荷位于任意偶数之前和之后（但非常接近于任意偶数）时，FVB的总涡旋强度才会发生跳跃，这源于焦平面上涡旋产生和运动的两种不同机制.同时，我们还测量了这种FVB的光束传输因子（BPF），发现它们的BPF值在一个分量上几乎线性增加，而在另一个分量上振荡增加。我们的实验结果与数值计算结果吻合得很好。
2018-11-30 physics.optics
The transverse shift of a high order paraxial vortex-beam induced by a homogeneous anisotropic medium
研究了倾斜高阶傍轴涡旋光束通过单轴晶体均匀各向异性介质的传输。我们发现，具有l阶光学涡旋的初始圆偏振光束分裂成具有复杂涡旋结构的寻常光束和非常光束。经过一系列的位错反应后，涡旋聚集在部分光束的轴上，初始圆偏振形成l阶光学涡旋。然而，只有l-1个涡旋聚集在具有正交圆偏振的部分光束的轴上。一个光涡旋沿垂直于光束倾斜面的方向移动。这种涡旋位移引起部分光束的横向位移。实际上，我们处理的是单轴、均匀各向异性介质中的光束四阶矩。前两个光束是初始倾斜光束分裂为普通光束和非常光束的结果。
2008-12-22 physics.optics
Robust and adjustable C-shaped vortex beams
波前工程是一项重要的量子技术。在这里，我们展示了一个强大的C形和轨道角动量（OAM）携带光束，其中甜甜圈形状的结构包含一个可调的间隙的设计和生产。我们发现，涡旋线的存在下，在光束的核心是至关重要的鲁棒性的C-形状对光束传播。涡核的拓扑荷主要控制C的大小，而其张开角则由涡-反涡环的存在所控制。我们演示了C形电子涡旋束的产生和表征，虽然结果同样适用于其他量子波。C形涡旋光束的应用包括光刻、动态原子分选和原子电子学。
2016-07-04 physics.optics
Single-pass, second harmonic generation of ultrafast, higher order vector vortex beams at blue
报道了一种新的蓝光矢量涡旋光束单次倍频的实验方案。利用脉宽约17 fs的钛宝石超快激光器和一组螺旋相位板，在偏振马赫-曾德尔干涉仪（MZI）中，在平均功率为860 mW的条件下，获得了lp = 12阶矢量涡旋光束。考虑到矢量涡旋光束的空间偏振特性，以及非线性频率转换过程对相互作用光束偏振特性的依赖性，利用两个光轴相互正交的硼酸铋晶体，将近红外矢量涡旋光束倍频为可见光矢量涡旋光束，倍频阶数高达lsh=24.实验测得lsh =2的矢量涡旋光束在单程倍频效率为2.4%时的最大输出功率为20.5mW。通过控制MZI中的时间延迟，我们在超快时间尺度上保持了泵浦光束和倍频光束的矢量涡旋性质。模式纯度的测量证实了高质量的矢量涡旋光束在泵浦和倍频波长的产生。通用的实验方案可以用来产生跨电磁波谱的矢量涡旋光束。
2019-02-07 physics.optics
Anomalous multi-ramp fractional vortex beams with arbitrary topological charge jumps
传统的分数阶涡旋光束是著名的“跳跃”光束：即当源的有效拓扑电荷通过半整数值时，它们的净拓扑电荷跳跃1。在这里，我们提出了一个反常的多斜坡分数涡旋（AMRFV）光束。与传统的分数阶涡旋光束不同，AMRFV光束可以设计成在任意临界阈值下具有任意拓扑电荷跳跃。我们通过一些AMRFV光束的例子，使用模拟和相位奇点的演变的基础上的多跳特性提出了一个清晰的解释。
2020-08-21 physics.optics
Acoustooptic operation of optical vortex beams
利用基于TeO2晶体和石英玻璃的声光池，首次从实验上证明了涡旋光束的强度分布和相位结构在声光布拉格衍射下保持不变。因此，涡旋光束可以由于AO衍射而偏转，而声光操作的涡旋光束可以有效地用于光学技术的新分支，如光学捕获和具有不同轨道角动量的光束的受控寻址。
2017-08-28 physics.optics
Controllable generation and spatial phase-modulation of vortex beams in cascade-type atomic ensembles
本研究提出四能级级联型原子系统，利用共存的反向四波混频过程实现高低频涡旋光束可控生成与空间相位调制，在量子非线性光学等领域有应用潜力。
2024-04-17 physics.optics
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
Nonlinear vortex light beams supported and stabilized by dissipation
我们将非线性贝塞尔涡旋光束描述为非线性薛定谔方程的定域定态解，该方程包含一个耗散项，该耗散项解释了在普通光学介质中发生的高功率多光子吸收过程.在这些光束中，能量和轨道角动量被永久地转移到内部非线性环中的物质，同时它们被来自外部线性环的螺旋向内的能量和角动量流所补充，作为一个内在的水库。与涡旋孤子和耗散涡旋孤子不同，这些涡旋光束的存在并不严格依赖于色散非线性的精确形式，如克尔自聚焦或自散焦，并且不需要平衡增益。他们已被证明发挥突出的作用，在“管状”的实验与强大的，携带涡流的贝塞尔光束，在那里他们作为吸引子的光束传播动力学。非线性贝塞尔涡旋光束为环形涡旋光束在均匀自聚焦克尔介质中的稳定传输问题提供了一种新的解决方案。稳定性分析表明，存在单涡或多涡的非线性Bessel涡束，这些涡束对方位向破裂和坍缩是稳定的，而使这些涡束稳定的机制是耗散。非线性Bessel涡旋光束的稳定性解释了在圆管折射实验中的观测结果。
2017-02-22 physics.optics
Optical vortex trajectories in an astigmatic and elliptical Gaussian beam
在光束中的一个点处产生的光学涡旋将通过光学系统传播到涡旋可以用于某种目的的另一个点。然而，这种系统中的非对称光学元件可能导致像散或至少破坏光束的旋转对称性，这可能以不期望的方式影响涡旋的传播。当旋转对称的、消像散的高斯光束中的光学涡旋保持其初始形态直到其传播时，非对称或消像散的高斯光束中的光学涡旋的形态发生变化。这个涡旋甚至可以被另一个具有相反拓扑电荷的涡旋所取代。我们考虑了非对称和/或非对称高斯光束中单个非正则涡旋的行为。给出了涡轨迹的一般表达式。翻转平面的位置和涡的各向异性的演变被认为是不同的非理想情况。
2006-02-10 physics.optics
Quasi-ideal dynamics of vortex solitons embedded in top-hat nonlinear Bessel beams
自散焦介质中的非线性贝塞尔光束被认为是一种自然的、无衍射的背景，在这种背景中，涡旋孤子可以嵌套、相互作用并在比通常的高斯或超高斯背景大一个数量级的传输距离上生存。涡旋孤子的动力学特性接近理想均匀背景下的动力学特性，阻止了涡旋的螺旋和衰减，从而使涡旋转向易于应用。
2017-05-31 physics.optics
Experimental realization of vortex and vectorial vortex Pearcey-Gauss Beams
本文提出并实验实现了涡旋Pearcey-Gauss和矢量涡旋Pearcey-Gauss两种新型结构光束，通过空间光调制器和q-plate组合生成，并验证了其偏振演化特性，有望应用于光学计量、通信和光镊等领域。
2024-05-24 physics.optics
Dynamic Control of Collapse in a Vortex Airy Beam
研究了涡旋艾里光束在克尔介质中的自聚焦动力学和坍缩。由于旋涡场的存在，与克尔介质中的无涡旋艾里光束相比，压缩被抑制。崩溃的位置敏感地依赖于初始功率，涡阶数，和调制参数。与以往报道的任何光束的坍缩不同，坍缩可能发生在初始场几乎为零的位置，而在初始场主要分布的区域不出现坍缩。该研究揭示了如何控制和操纵崩溃的位置的基础上的初始功率，涡阶数和调制参数。
2012-02-12 physics.optics
Phase memory for optical vortex beams
涡旋光束由于其在光通信、粒子捕获等领域的广泛应用而受到人们的广泛关注。通过引入理想涡旋光束的概念，解决了涡旋光束的相位结构与物理尺寸之间的依赖关系。这些结构化光束通过不同水平的干扰的传播对于它们的使用是至关重要的。首次定量研究了理想涡旋光束与局域随机介质相互作用后的退化。我们开发了一个分析模型，描述了空间相关长度和扰动的相位方差如何影响涡旋光束的相位分布。这允许确定光束保持其初始涡度的记忆的随机性的制度。系统的数值模拟和控制实验表明，这种记忆效应的程度与不同的涡指数梁。
2021-08-19 physics.optics
Coherence-induced Polarization Effects in Vector Vortex Beams
我们从理论和实验上证明了具有偏振奇异性的一般和高阶矢量涡旋光束的相干性引起的偏振变化。聚焦部分相干矢量涡旋光束的显著退偏效应使光束的横向相关宽度减小，这为在保持光束偏振分布的前提下实现光束强度和偏振度的整形提供了一种手段。光强变化和偏振度下降与光束的偏振奇异性指数有关。我们的研究结果可能会提供一个额外的自由度，目前预计与各种类型的矢量涡旋光束的无数应用。
2020-07-21 physics.optics
Probability distribution of intensity fluctuations of vortex laser beams in the turbulent atmosphere
采用数值模拟的方法分析了涡旋光束在大气中传输的统计特性。比较了高斯光束和涡旋光束光强起伏的累积分布函数和概率密度函数。结果表明，对于弱起伏湍流大气中的传播条件，（Rytov参数远小于1），高斯光束轴向光强起伏服从对数正态分布，而涡旋光束轴上的辐射强度起伏的概率密度分布很好地近似于饱和起伏条件下的指数分布特征（Rytov参数远大于1）
2018-02-09 physics.optics
Non-diffracting and non-attenuating vortex light beams in media with nonlinear absorption of orbital angular momentum
研究表明，高阶贝塞尔光束在非线性吸收介质中传输时，光束并不被完全吸收，而是以一种新的传输不变涡旋光束的形式存在，在这种涡旋光束中，光束能量和轨道角动量被永久地转移到物质中，同时被螺旋向内的能量和角动量流补充能量.与涡旋孤子和耗散涡旋孤子不同，这些涡旋光束不受特定色散非线性（自聚焦或自散焦）的支持，也不需要增益。在携带（可能是高）轨道角动量的光子的多重吸收存在下的传播不变性使得这些光束对于长距离的角动量的光学泵浦是有吸引力的。
2014-07-11 physics.optics
Generation and propagation characterization of a vortex beam through an electro-optical crystal-based electrically controlled flat plate
随着对现代光学中几乎所有领域的潜在应用需求的增加，涡旋光束的产生引起了人们极大的兴趣。基于电光晶体平板，提出了一种利用普克尔斯效应产生涡旋光束的电控方法。与传统方法相比，该方法可以灵活地调节涡旋光束的波长和拓扑电荷。模拟了光束在平板上的传输，研究了传输光束的轨道角动量模谱。OAM模谱与模拟结果吻合较好。该方法提高了涡旋光束产生的灵活性，在光通信和光学操纵等领域有着重要的应用前景。
2022-01-11 physics.optics
Extension of Friedel's law to Vortex Beam Diffraction
傅里叶变换的模是中心对称的，而相位是反对称的。因此，平面波光子或电子在一阶玻恩近似下的弹性散射以及任何孔径上的夫琅禾费衍射必然导致中心对称的衍射图样。然而，弗里德尔定律并不适用于涡旋光束，并且中心对称性一般不存在于它们的衍射图样中。在这项工作中，我们扩展弗里德尔定律的涡旋光束的衍射图案具有相反的拓扑电荷，散射在同一个二维潜力，总是彼此中心对称的，无论对称的散射对象。我们通过数值模拟和实验数据验证了我们的说法。我们的研究为涡旋光束衍射提供了更深层次的理解，并可用于设计新的实验，测量涡旋光束的衍射光栅的拓扑电荷，或研究一般的涡旋光束衍射。
2016-09-06 physics.optics
Generalized Jones Calculus for Vortex, Vector, and Vortex-Vector Beam Transformations
这项工作定义了琼斯矢量的一般形式，并建立了偏振器，波片，法拉第旋转器，Q板和螺旋相位板的琼斯矩阵。我们建立了广义琼斯演算涡旋，矢量和涡旋矢量光束变换。系统的形式主义提出的理论安排在操纵的相位和偏振的结构光。利用矩阵代数方法讨论了光学元件和系统的本征态和时间反演行为。最后，将广义琼斯积分应用于Sagnac干涉仪的表征，并提出了其应用前景。
2021-03-25 physics.optics
Powerful supercontinuum vortices generated by femtosecond vortex beams with thin plates
我们通过数值模拟和实验证明了利用多个熔融石英薄板从飞秒涡旋光束中产生强大的超连续谱涡旋。超连续谱涡旋被示出为保持涡旋相位轮廓的初始光束的光谱分量范围从500 nm到1200 nm。涡旋相位轮廓的转移是由于薄板方案抑制了多重衍射并保持了强度分布相对均匀的涡旋环，其中超连续谱主要由自相位调制和自陡化效应产生。该方案适用于不同拓扑荷数的涡旋光束，为产生高功率超连续谱涡旋提供了一种简单有效的方法。
2021-09-17 physics.optics
Reconstructing the Poynting vector skew angle and wave-front of optical vortex beams via two-channel moiré deflectometery
本文提出了一种基于双通道莫尔偏折术的涡旋光束坡印廷矢量波前和横向分量的测量方法。用这种方法分析了非均匀液晶盒q板产生的涡旋光束。所测得的束流拓扑荷与理论预测吻合得很好。
2013-03-09 physics.optics
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
Far-field measurements of vortex beams interacting with nanoholes
我们测量了涡旋光束通过纳米孔后的远场强度。这个过程进行了分析，在螺旋度和总角动量。可以看出，在这个过程中，总角动量是保持不变的，而螺旋度不是。我们计算两个透射螺旋度分量之间的比率，$γ_{m,p}$。我们观察到，这个比例是高度依赖于螺旋度（$p$）和角动量（$m$）的入射涡旋光束的考虑。由于纳米孔的镜像对称性，我们能够将具有一定螺旋度和角动量的涡旋光束的传输特性与具有相反螺旋度和角动量的涡旋光束的传输特性联系起来。有趣的是，涡旋光束增强的$γ_{m,p}$比相比，高斯光束。
2015-11-15 physics.optics
Common-path generation of stable cylindrical perfect vector vortex beams with arbitrary order
本文提出并论证了一种高效、灵活的产生稳定的径向偏振和方位偏振的理想涡旋光束以及所有高阶柱面矢量涡旋光束的方法。该方法是实现任意整数拓扑荷的两束正交圆偏振涡旋光束叠加的最简便方法。通过简单地控制输入完美涡旋光束在相敏空间光调制器（SLM）上的垂直偏振分量和水平偏振分量之间的相对振幅和相位，并采用共路干涉法，制备了任意阶的庞加莱光束。绘制了SLM上相位函数的相对相位与灰度的校准曲线，以便于使用预先计算的灰度颜色图来确定所需的相位偏移。产生的光束偏振态均匀分布在整个光束横截面上。在投影线偏振态下的两光束的干涉图样也给出了通过控制花瓣的数量和取向的圆柱对称花瓣光束。
2019-07-19 physics.optics
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
Goos-Hänchen and Imbert-Fedorov shifts of polarized vortex beams
我们研究，解析和数值，反射和传输的任意偏振的涡旋光束的界面上分离两种电介质，并推导出一般表达式的线性和角古斯-汉臣和Imbert-Fedorov位移。我们预测了一种新的涡旋引起的Goos-Hanchen位移，并揭示了自旋引起的角位移和涡旋引起的线性位移之间的直接联系。
2008-12-23 physics.optics
Generation of multi-terawatt vortex laser beams
我们报道了在薄的熔融石英衬底上制作大面积相位掩模的方法，这种掩模适用于对多太瓦飞秒激光束进行整形。我们应用这些相位掩模产生强烈的飞秒光涡旋。我们进一步量化的涡旋光束图案，导致从几种常见类型的掩模缺陷的失真。
2014-02-27 physics.optics
Polygonal vortex beams in quasi-frequency-degenerate states
本文首次研究了准频率简并Yb：CALGO激光谐振腔经几何变换后产生的封闭多边形涡旋光束（多边形涡旋光束）。在激光谐振腔的SU（2）简并态附近，对具有三角形、正方形和三角形等特殊图形的具有大轨道角动量的PVB进行了理论研究和实验观察.将QFD态的涡旋光束与SU（2）简并态下的三角形、正方形和平行四边形路径上的孤立点阵列涡旋光束（PSA-VBs）进行了比较。通过调节腔长和泵浦光斑的位置，可以控制PVB或PSA-VB和OAM的光束轮廓形状。模拟和实验结果验证了我们的方法产生PVB的性能，这是一个巨大的潜力，促进新的技术在粒子捕获和光束整形。
2018-05-04 physics.optics
Generation and characterization of an array of Airy-vortex beams
我们提出的实验产生和分析的强度和相位的光学涡旋光束起源于叠加的艾里涡旋光束。提出了一种新的理论方案，即由N个对称的艾里涡旋光束（AiVBs）叠加形成AiVBs阵列，其中每个光束与OV叠加，并且具有相同的拓扑荷l.此外，一个单一的实验装置，使光学生成和重建的计算机生成的全息图上实现的空间光调制器和其相位分析的数字全息。实验结果与理论预测一致。该阵列在光镊、光通信调制、光学计量等光学和光子学领域具有广泛的应用前景。
2019-09-11 physics.optics
Spin-dependent metalens with intensity-adjustable dual-focused vortex beams
具有轨道角动量的涡旋光束由于其在光镊、量子信息处理等领域的广泛应用而受到广泛关注。Metalens是一种超紧凑的多功能设备，为设计涡旋光束提供了理想的平台。自旋相关的超透镜可以提高自由度，以进一步满足实际应用。结合几何相位和传输相位，我们提出并证明了一种设计自旋相关超透镜的方法，该超透镜产生纵向或横向双聚焦涡旋光束，即，具有预先设计的自旋相关相位分布的超透镜。在椭圆偏振入射光的照射下，可以观察到两束自旋相关的聚焦涡旋光束，并且通过调节入射光的椭圆度可以很容易地调节它们的相对聚焦强度。此外，我们还证明了这些双聚焦光束之间的分离距离和它们的拓扑电荷可以同时任意定制，这可能对光子学中的光捕获和操纵产生深远的影响。
2021-09-08 physics.optics
Measurement of the vortex spectrum in a vortex-beam array without cuts and gluing of the wavefront
提出了一种实时测量复杂波束阵中部分涡旋波束振幅和相位平方的新方法。该方法是基于测量高阶强度矩和分析的线性方程组的解决方案。校准测量表明，至少对于10-15个光束的阵列，测量误差不超过4%。当测量具有不同分数光学涡旋拓扑荷的光束时，我们发现，对于与整数阶涡旋数量急剧增加相关的拓扑荷的小偏差，OAM急剧下降。与传统的衍射方法相比，这种方法例如用于光纤中的太比特信息处理的应用提供了显著的优点，并且当不仅调制OAM而且调制部分光束的相位时，开辟了信息压缩器的附加可能性。
2018-07-23 physics.optics
The precession of vortex-beams in a rotating uniaxial crystal
从理论和实验上研究了近似垂直于晶体光轴传输的奇异光束中光涡旋的进动，光束和晶体光轴以不同的角速度旋转。这种进动是单轴晶体中沿长轴方向不同尺度的结果。我们还分析了由两个旋转晶体和它们之间的波延迟器组成的光学减速器的性质，允许我们控制涡旋轨迹的形式。
2008-10-13 physics.optics
