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
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
Rotational Effects of Twisted Light on Atoms Beyond the Paraxial Approximation
用一阶微扰理论计算了原子系统发射贝塞尔光子的跃迁几率。我们推导出一个封闭的表达的电磁势超越傍轴近似，允许一个系统的多极近似。对于某些特殊情况，计算了质心与内部状态之间的矩阵元。这允许澄清的可行性，观察扭曲的光对原子的旋转效应的计算预测。结果表明，原子内部态从光获得轨道角动量的概率一般在位于贝塞尔模轴上的原子处最大。对于高斯包，相关参数是原子质心波包的扩展与光子的横向波长的比率。
2004-04-02 quant-ph
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
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
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
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
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
Testing the Wave-Particle Duality of Gravitational Wave Using the Spin-Orbital-Hall Effect of Structured Light
探测引力波的偏振态可以为引力子的存在提供证据，表明引力的量子化。受下一代引力波探测器的启发，我们尝试研究结构光与引力波的螺旋度耦合。利用引力场与一般电磁介质的相似性，在傍轴近似下，基于麦克斯韦理论，提出了一个四矢量光学Dirac方程。发现在引力场传播的扭曲光可以看作是具有$\mathcal{PT}$对称性的非厄米系统。我们进一步证明了引力波的角动量和扭曲光之间的耦合效应可以使光子在不同的轨道角动量（OAM）本征态之间经历偶极和四极跃迁，并导致一些可测量的光学特征，包括扭曲光的中心强度增亮和强度图案的宏观旋转。前者是自旋无关的，后者是自旋相关的，两者都可以看作是结构光的自旋-轨道-霍尔效应，可以作为结构光的粒子性质的指示器。
2022-11-07 astro-ph.HE gr-qc quant-ph
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
Multiplexing Free-Space Channels using Twisted Light
我们通过实验证明了一种用于复用光的光学状态的干涉协议，该协议有可能成为利用具有轨道角动量（OAM）的光的自由空间通信方案中的标准元素。我们演示了使用不同的源产生的奇数和偶数OAM叠加复用。此外，我们的技术允许一个准备的OAM状态的相干叠加或统计混合。我们采用状态断层扫描来研究该协议的性能，我们证明了大于0.98的重复性。
2015-12-28 physics.optics quant-ph
Twisted Light Transmission over 143 kilometers
光的空间模式可能携带大量的信息，使它们成为经典和量子通信的有希望的候选者。然而，这种模式在大距离上的分布仍然很困难。模间耦合使它们与普通光纤的使用变得复杂，而自由空间传输被认为受到大气湍流的强烈影响。在这里，我们展示了两个加那利群岛之间143公里距离的光的轨道角动量模式的传输，这是以前实现的最大距离的50倍。作为传输质量的演示，我们使用这些模式的叠加来编码短消息。在接收器处，人工神经网络用于区分不同的扭曲光叠加。该算法能够识别不同的模式叠加的准确度超过80%，直到第三模式阶，和解码的错误率为8.33%的传输信息。利用我们的数据，我们估计在超过100公里的自由空间中，轨道角动量纠缠的分布是可行的。此外，我们的自由空间链路的质量可以通过使用最先进的自适应光学系统进一步提高。
2016-06-06 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
Wigner distribution of twisted photons
我们提出了第一个实验表征的方位维格纳分布的光子。我们的协议充分表征了光子的轨道角动量（OAM）和方位角（ANG）的共轭基的横向结构。我们提供了一个测试我们的协议，通过表征纯叠加和不相干的混合物的OAM模式在一个七维空间。在我们的计划中进行测量所需的时间尺度仅与所调查的状态的尺寸呈线性关系。这种时间尺度使我们的技术适用于涉及大量OAM状态的量子信息应用。
2015-12-04 physics.optics quant-ph
Elastic scattering of twisted neutrons by nuclei
本文给出了在库仑相互作用和强相互作用之间的干涉是必不可少的运动学体系中扭曲中子被原子核散射的理论形式。扭曲的中子有一定的量子化值的角动量投影沿传播方向，我们表明，它的散射截面，自旋不对称性和极化的散射中子的结果在新的可观察的效果。我们证明了由光束的轨道角动量提供的额外能力，使新的技术用于测量散射振幅的实部和虚部。几种可能的观测量被认为是，其中的目标可能是本地化的空间光束轮廓，或散射发生非相干的核在散装目标。所发展的方法可应用于其他强相互作用的扭曲粒子的核反应。
2021-02-25 nucl-th quant-ph
Quantum state engineering with twisted photons via adaptive shaping of the pump beam
高维纠缠是量子通信的一种宝贵资源，在轨道角动量上纠缠的光子对通常用于编码高维量子态。然而，制备任意维最大纠缠态的方法仍然缺乏，目前使用的方法基本上依赖于过滤和纠缠浓度。在这里，我们实验实现了一种方法，用于产生高维最大纠缠的OAM状态的光子对，不需要任何这些程序。此外，准备状态被限制到指定维度的子空间，因此需要最少的后选择。
2018-07-25 physics.optics quant-ph
Quantum theory of orbital angular momentum in spatiotemporal optical vortices
本文为具有任意倾斜的时空光学涡旋（STOVs）发展了超越近轴极限的量子理论，揭示了量子STOV态中存在独特的纵向OAM涨落及其空间分布纹理，为结构化光量子效应的应用奠定基础。
2024-03-24 physics.optics quant-ph
Fringe field induced spin-OAM mixing of twisted electrons
Institute of Physics and Mechanics, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University（彼得大帝圣彼得堡理工大学物理与力学研究所）；School of Physics and Engineering, ITMO University（ITMO大学物理与工程学院）
研究扭曲电子在轴对称磁线圈进出口区域传播时的自旋效应，从狄拉克方程出发推导近轴旋量方程，用厄马克夫映射处理横向动力学，微扰处理横向泡利项，得出自旋-轨道角动量混合量化方法。
2026-07-07 physics.acc-ph 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
Conversion of twistedness from light to atoms
该研究提出利用束缚电子吸收扭曲光子，在自由空间中制备扭曲原子，并揭示光子轨道扭曲性向原子质心态或电子跃迁选择定则的转换机制。
2024-05-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Underwater Transmission of High-dimensional Twisted Photons over 55 Meters
作为现代光学、大数据、互联网通信和量子技术的新兴信道资源，携带轨道角动量（OAM）的扭曲光子在光纤和大气等不同介质中的应用范围不断扩大。由于损耗和压力的极端条件，扭曲光子的水下传输尚未得到很好的研究。特别是，单光子测试都限制在几米的水平，实际上不清楚更长的传输距离会发生什么。在这里，我们通过实验演示了单光子扭曲光在水下通道上的传输，最长可达55米，达到了允许潜在实际应用的距离。对于不同阶数的OAM态及其叠加态，观察到了模态结构和拓扑荷的良好保持。我们的研究结果首次揭示了扭曲光子在长距离区域的真实传输性能，代表了基于OAM的水下量子通信的进一步发展。
2019-02-04 physics.optics quant-ph
Constraining the Generalized Uncertainty Principle with the light twisted by rotating black holes and M87*
我们测试的有效性，广义海森堡的不确定原理在旋转黑洞附近的强引力场的存在下，海森堡的原则是应该需要额外的校正项时，重力被考虑在内，导致一个更一般的配方也被称为广义不确定原理。作为探测电磁波获取轨道角动量时，通过旋转黑洞透镜，我们发现从数值模拟的光谱的光的轨道角动量和制定的广义不确定原理，在这里的特点是由重新缩放的参数$β_0$，普朗克的质量和裸质量的黑洞的函数所需的校正之间的关系。然后，通过对M87* 致密天体引力场扭曲光的分析，我们发现了参数$β_0$的新的极限。利用这种方法，与黑洞阴影圆度分析相补充，我们从M87* 的实验数据中获得了更精确的极限，证实了与广义相对论相兼容的方案的有效性，在由于EHT数据中存在的实验误差和由于数值模拟和分析而引起的不确定性范围内。
2022-03-27 astro-ph.HE gr-qc quant-ph
Twisted light drives chiral excitations of interacting electrons in nanostructures with magnetic field
本研究通过模型计算表明，扭曲光可驱动纳米结构中相互作用电子的手性激发，打破广义Kohn定理，揭示标准红外吸收不可见的内部跃迁，成为强关联量子系统的灵敏探针。
2025-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
