Precise position- and angular-controllable optical trapping and manipulation via a single vortex-pair beam
利用激光束的光学捕获和操纵在包括生物学、原子科学和纳米纤维的许多领域中起着关键作用。在这里，我们提出并实验证明了第一次使用的涡旋对光束的光学捕获和操纵。我们成功地捕获两个球形微粒同时由一个单一的涡旋对光束。通过调节涡旋对光束初始相平面上涡旋的离轴距离，实现了对捕获球形微粒的精确位置可控操纵。基于涡旋对光束的特点，利用涡旋对光束作为光学扳手，通过旋转初始相位结构实现了圆柱微棒的高精度角度可控旋转。我们的结果提供了一个丰富的控制捕获微粒，并在生物领域，光学驱动的微机械或电机有非常重要的应用。
2020-10-28 physics.app-ph physics.optics
Orbital Angular Momentum (OAM) Mode Mixing in a Bent Step Index Fiber in Perturbation Theory: Multiple Bends
在本文中，我们解决的影响，多个光纤弯曲的轨道角模（OAM）模式在光纤中的传播。特别是，我们延长OAM模式混合由于一个单一的光纤弯曲的阶跃折射率光纤的详细研究，一系列的弯曲的情况下。弯曲部可以具有相对于彼此的相对取向。给出了导致串扰的解析表达式。特别研究了在一对弯曲的输出处的OAM模式强度，重点是弯曲的相对取向的变化引起的强度图案变化。
2019-12-02 physics.optics
Poincaré sphere symmetries in four-wave mixing with orbital angular momentum
本文研究铷蒸气中轨道角动量庞加莱球模式驱动的简并四波混频，揭示了输入输出模式角度间的明确规则，并通过实验验证了复杂场结构及近远场横向剖面转变。
2023-08-22 physics.optics
Geometric Metasurface Fork Gratings for Vortex Beam Generation and Manipulation
近年来，具有轨道角动量的涡旋光束由于其在大容量光通信中的应用潜力而受到广泛关注。这种能力源于轨道角动量（OAM）的无界拓扑荷，它为编码信息提供了无限的自由度。产生涡旋光束的两种最常见的方法是通过叉形衍射光栅和螺旋相位板。虽然传统的螺旋相位板的实现需要复杂的3D制造，但新兴的超颖表面领域为产生任意轨道角动量的涡旋光束提供了平面和简便的解决方案。在这里，我们实现了一种新型的几何超颖表面叉光栅，无缝地结合了超颖表面相位板的功能，用于产生涡旋光束，和线性相位梯度超颖表面的功能，用于控制波的传播方向。因此，超颖表面叉形光栅能够同时控制光的自旋和轨道角动量。
2016-05-03 physics.optics
Four-wave mixing based orbital angular momentum translation
理论研究了金刚石型非均匀加宽$^{85}$ Rb原子系统中基于四波混频过程的轨道角动量产生。我们利用弱探测极限下的密度矩阵理论解释了涡旋在不同光场和产生的信号之间平移的原因。我们展示了如何在输入光学涡旋光束的相位中无所不在的奇点可以深刻地映射到横平面中的原子相干性，横平面中的原子相干性是OAM平移的起源。即使对于增强介质非线性的中等强度的控制场，该平移过程也很好地工作。此外，我们已经操纵了一个额外的旋转的相位波前在顺时针和逆时针方向控制的单光子失谐。光束在非线性介质中的OAM的产生和操纵在光镊和量子信息处理系统中有重要的应用。
2019-05-07 physics.optics
Orbit-orbit photonics: Harnessing vortex-trajectory interplay for light manipulation
School of Electrical and Computer Engineering, Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学电气与计算机工程学院）
研究揭示了光的内禀轨道角动量与外在轨道角动量相互作用，通过等离子体椭圆腔实现涡旋依赖的光束位移，拓展了光操控工具箱。
2026-05-09 physics.optics
Nonlinear manipulation of orbital angular momentum spectra with second- and third- harmonic generation in a quasi-periodically poled crystal
光学轨道角动量（OAM）作为光的一个重要自由度，因其固有的离散无穷维特性而受到广泛关注。OAM光谱的操纵对于从经典到量子领域的许多令人印象深刻的应用至关重要，特别是OAM光谱的非线性操纵。在这里，我们实现了OAM光谱的非线性操作，通过使用在一个单一的非线性晶体的准周期极化磷酸钛氧钾的同时二次和三次谐波产生，基波与各种OAM光谱，特别是定制的OAM光谱的二次和三次谐波。实验结果证实了理论预测。我们的方法不仅提供了一种新的方法来操纵OAM光谱在新的更短的波长，很难直接产生，但也可能会发现新的应用，在经典光学和量子光学的高维信息处理的复用。
2022-04-08 physics.optics quant-ph
Indirect precise angular control using four-wave mixing
在这里，我们展示了使用四波混频（FWM）过程的间接精确角度控制。这是在热的85Rb原子系综的M型配置中与轨道角动量（OAM）叠加的光进行的。在四波混频光和环形输入信号下观察到齿轮状干涉图样。齿轮可以旋转，并通过改变泵浦激光器的偏振来控制。我们的实验结果是基于非线性相干相互作用的图像处理和精确的角度控制的应用。
2014-05-08 physics.optics quant-ph
Integrated all-optical manipulation of orbital angular momentum carrying modes via enhanced electro-optic Kerr effect
使用通过信道化带宽携带模式的高阶轨道角动量（OAM）的模分复用（MDM）技术提供了增强容量的通信系统。基于OAM的高维量子密钥分发（QKD）加密信道也提高了传输速率和安全性。全光模式选择空间分布控制是MDM和QKD网络实现的重要功能。本文提出了一种新型的集成光学器件，它采用Y型$_{cut}$脊周期性极化铌酸锂（PPLN）光子线结构，可作为高阶OAM $=\pm2\hbar$模式调制数据的空间模式转换器。该方案通过PPLN截面中相位失配的级联偏振耦合相互作用，利用增强的电光克尔效应控制分解导模的相位。所提出的低损耗、高纯度（91%）和低电压器件能够与基于OAM的MDM和QKD通信系统中的适用商业调制器兼容。
2018-11-22 physics.app-ph physics.optics
Mixing of spin and orbital angular momenta via second-harmonic generation in plasmonic and dielectric chiral nanostructures
我们提出了一个理论研究的特性的非线性自旋轨道角动量耦合的二次谐波产生诱导的等离子体和介电纳米结构的中心对称材料。特别是，相位奇异性和偏振螺旋在基波和二次谐波光场的纵向分量和散射体的对称性属性之间的连接进行了讨论。通过深入比较结构化光束与等离子体和介电纳米结构的相互作用，我们发现，表现出磁共振和电共振的全介电和等离子体纳米结构具有可比的二次谐波转换效率。此外，还揭示了单个和手征散射体团簇的二次谐波增强机制，并讨论了入射光束的光学角动量含量与非线性光散射增强的关系。特别地，我们给出了非线性自旋-轨道角动量相互作用的一般性角动量守恒定律，其中包括具有不同阶旋转对称性的手征结构的准角动量.作为我们的研究相关的纳米光子学的一个关键结论，我们认为，全电介质纳米结构提供了一个更合适的平台，实验研究自旋和轨道角动量之间的非线性相互作用，相比等离子体，主要是由于其较窄的共振峰，较低的固有损耗，和较高的可持续的光功率。
2017-04-20 physics.optics
Manipulation and exchange of Light with Orbital Angular Momentum in Quantum Dot Molecules
研究了轨道角动量激光脉冲与具有四个能级的非对称量子点分子的相互作用。我们展示了点间隧穿如何赋予不同频率之间的光学涡旋交换。我们考虑的情况下，一个弱的探测光束有一个光学涡旋，因此在中心的强度为零。隧道耦合的存在产生了一个额外的弱激光束与入射的涡旋光束相同的涡度。我们分析了初始光束的涡旋被有效地转移到所产生的光束的条件。研究了具有方位折射率和径向折射率的OAM态的拉盖尔-高斯（LG）光束在强控制光束也是OAM模的情况下的传输。结果表明，在OAM交换过程中，OAM状态的守恒性总是满足的。然而，一个异常的情况下，观察到的径向折射率诱导产生的光束，这不同于入射光束的纯LG光束的一些强度图案。给出了解析解，阐明了径向折射率对OAM光束传输特性的影响。当叠加两个最初存在的弱OAM模式时，观察到所产生的光学涡旋随着光的传播而围绕光束轴移动，从而在中心周围形成一种“星座”。这种复合脉冲的轴的偏移是由于点间隧穿效应，该效应由外部电压控制。光学角动量可以为量子技术研究固体系统增加一个新的自由度。
2020-02-17 physics.optics
Degenerate Perturbation Theory Describing the Mixing of Orbital Angular Momentum Modes in Fabry-Pérot Cavity Resonators
我们提出了一个解析微扰理论，扩展了一个共同的圆柱对称稳定的光学谐振腔的傍轴近似，并纳入了差分，偏振相关的布拉格反射镜的反射率。具有不同的轨道角动量（OAM）和偏振，但相同的横向阶数N的拉盖尔-高斯模式的简并性将在足够小的尺寸和高精细度下变得显著提升。由此产生的傍轴本征模具有两个不同的OAM组件，分数组成微妙地取决于镜结构。
2009-01-02 physics.class-ph physics.optics
Controlled generation, manipulation and frequency conversion of broadband orbital angular momentum spectrum of asymmetric optical vortex beams
我们报告的产生和控制的可调谐，宽轨道角动量（OAM）光谱的涡旋光束。利用两个螺旋相位板将Yb光纤飞秒激光器输出的1064 nm高斯光束转换成l=1-6阶光学涡旋，转换效率> 95%。通过调节SPP相对于入射高斯光束轴的横向位移，我们已经将阶数为l的对称（强度分布）光学涡旋变换为阶数为l，l-1，l-2，.，0.虽然SPP的位置决定了OAM模式的权重，但是，随着SPP的移位，较高OAM模式的权重转移到较低OAM模式，最终产生高斯光束（l=0）。利用5毫米长的三硼酸铋晶体中的非对称涡旋的单程倍频，我们转移了泵浦OAM谱，l，l-1，l-2，.，0，进入高阶OAM模式的宽光谱，21，21 -1，21 -2，.，0在绿色波长，由于在非线性过程中的OAM守恒。我们还观察到，所有阶次的倍频涡旋的转换效率都随着泵涡旋不对称性的增加而增加。使用4.6 W的泵浦功率，我们已经产生了对称的涡旋在绿色波长的输出功率，1.2，0.76，0.47，0.4，0.32，和0.3 W和ls=2，4，6，8，10，和12，分别为。
2018-01-09 physics.optics
Manipulation of Orbital Angular Momentum Spectrum Using Shape-Tailored Metasurfaces
携带轨道角动量的涡旋光束在电磁、光学和量子系统中有着广泛的应用。一个定制的OAM频谱组成的几个特定的模式，如预期持有的承诺，扩大系统的自由度。然而，这样的宽带高纯度定制光谱是难以实现的现有设备，其中宽带振幅操纵尚未被探索。在这项工作中，受调制理论的启发，提出了一种优雅和通用的方法来操纵OAM频谱在宽带宽，通过使用形状定制的元表面。首先，证明了三角形晶格上的旋转亚原子具有比正方形晶格上更小的耦合畸变，这一行为对于Pancharatnam-Berry基超颖表面产生高纯度涡旋谱至关重要.其次，在超颖表面的空间排列和产生的涡旋光束之间建立了普遍的调制关系。最后，通过形状定制的超表面，从理论和实验上证明了宽带调制OAM光谱和梳状OAM光谱。提出的幅度调制方案为在宽带范围内实现OAM频谱的调控提供了一种新的思路和工程实现途径，将促进基于OAM的应用的发展。
2021-01-26 physics.app-ph physics.optics
Wavelength-adaptive spin-orbit orbital angular momentum management in three-wave mixing
本文提出利用可调液晶自旋-轨道器件与三波混频相结合，实现双色结构光的波长自适应轨道角动量管理，并证明器件与非线性晶体角色可互换，为光调制光和光解析光提供新范式。
2025-09-29 physics.optics
Bragg-induced orbital angular-momentum mixing in paraxial high-finesse cavities
对平凹微腔矢量电磁模的数值计算表明，平面布拉格反射镜的偏振相关反射率会导致名义傍轴模产生意想不到的腔场分布。即使在旋转对称共振器中，某些轨道角动量对也必然以与激发无关的方式混合以形成双重态。一个特征的混合角被确定，即使在近轴的限制，可以被设计为具有大的值。这种对高斯理论的修正在偏离傍轴性方面是零阶的。我们讨论了由此产生的非均匀偏振场。观测将需要具有足够高Q值的小腔。提出了可能的应用。
2004-12-04 physics.class-ph physics.optics
Trans-spectral orbital angular momentum transfer via four wave mixing in Rb vapor
我们报告的相结构的转移，特别是轨道角动量，从近红外泵浦光产生的四波混频过程中在85 Rb蒸汽中的蓝光。由空间光调制器整形的780nm和776nm处的两个泵浦激光器的强度和相位分布影响在随后的相干级联中产生的420nm处的光的相位和强度分布。特别是，我们观察到与轨道角动量相关联的相位轮廓完全从泵浦光转移到蓝光。泵浦更复杂的光分布的结果在强烈依赖于相位匹配的蓝色空间模式的激发，从而证明了模式转移的参数性质。这些结果对原子气体相位信息的记录和存储具有重要意义。
2012-06-14 physics.atom-ph physics.optics
Continuously Shaping Orbital Angular Momentum with an Analog Optical Vortex Transmitter
光的动态产生使微粒子的复杂操纵、高维量子纠缠和光通信成为可能。我们报道了一种由一个双向对称光栅和一个光阑组成的模拟涡旋发射器，它能发射出平均OAM值在整个有理范围内连续变化的光涡旋。该衍射发射器利用沿对称轴线性变化的横向位错，在实现宽带光涡旋的同时，保持了具有等间距奇点的新型纺锤形相位，具有额外的自由度。它通过包含更多的奇点，无限地增加了光的平均OAM，这与拉盖尔-高斯（LG）和贝塞尔涡旋光束有显著不同。在单个器件中实现OAM的模拟生成，该技术可以潜在地扩展到其他频率，并应用于量子物理、非周期光子学和光学操纵的广泛发展。
2015-04-08 physics.optics
Orbital angular momentum induced by nonabsorbing optical elements through space-variant polarization-state manipulations
为了操纵光束携带的轨道角动量（OAM），人们对设计从深紫外到微波的各种光学元件产生了极大的兴趣。通常，由光学元件引入的OAM变化可以归因于两个项，即动态相位和几何相位。到目前为止，光学元件引起的动态贡献已经被清楚地认识到。然而，几何相位的贡献似乎仍然模糊，特别是考虑到矢量涡旋光束。在这项工作中，一个解析公式推导出充分描述的OAM的变化所引入的非吸收光学元件，执行空间变化的偏振态操纵。结果发现，几何贡献可以进一步分为两个部分：一个是直接相关的光学元件和另一个明确地依赖于之前和之后的变换涡旋。基于该结果，可以利用动态和/或几何贡献的不同组合来实现相同的OAM变化。数值模拟表明，光学涡旋的变换可以用一系列光学元件进行充分而灵活的设计。我们相信这些结果有助于理解光学元件的作用，并提供了一个新的角度来设计光学元件操纵光束携带的OAM。
2018-10-29 physics.app-ph physics.optics
Gouy phase-matched angular and radial mode conversion in four-wave mixing
研究了在加热的铷蒸气中通过四波混频实现的横向光模之间的转换，我们证明并解释了方位角和径向模数之间的转换。这些与正交模态尺寸有关，人们通常不会期望它们相互作用。虽然在这个非线性过程中的角动量守恒决定了角模式数的选择规则，径向模式数的作用更加深奥。我们系统地表明，古伊相是理解这种转换的关键，导致显着不同的转换行为在厚和薄介质制度。我们的实验研究这些制度之间的过渡桥梁以前的实验在原子厚介质和工作在非线性晶体之间的差距。我们的工作设定了一个明确的起点，探索新的领域在厚介质制度，允许有效的径向到方位角和径向到径向模式转换。
2021-02-25 physics.atom-ph physics.optics
Orbital Angular Momentum (OAM) Mode Mixing in a Bent Step Index Fiber in Perturbation Theory
在微扰理论的框架内，我们详细探讨了由于阶跃折射率多模光纤中的光纤弯曲的轨道角动量（OAM）模式的混合。使用标量波动方程，我们开发了一套完整的模式混合的解析表达式，包括那些为$2π$走离长度，这是在弯曲的光纤中的距离OAM模式转换成其负拓扑电荷对应物，并回到自己。推导出的结果提供了深入了解弯曲效应的性质，清楚地揭示了弯曲半径和拓扑电荷的数学依赖。我们数值模拟的理论结果与应用程序的少模光纤和多模光纤，并计算弯曲引起的模式串扰模式复用系统的影响。所提出的微扰技术是一般的，足以适用于其他微扰，如椭圆度和容易扩展到其他光纤中的阶跃折射率像在环形光纤。
2019-07-09 physics.app-ph physics.optics
Tuning Optical Orbital Angular Momentum in Optical Superlattice under Electro-optic Effect
介绍了一种利用电光效应产生和调节聚焦高斯光束通过光学超晶格的光学轨道角动量的新方法。在我们的计算中，轨道角动量（OAM）来自于偏振旋度。我们看到，调整外部电场、束腰半径和晶体长度提供了光在横截面上的OAM的显著变化。相信本发明将在光学操纵领域得到应用。
2011-08-26 physics.optics
Transfer of Orbital Angular Momentum in Vortex Light through Four-Wave Mixing and the Manipulation of Slow and Fast Light
Beihang University（北京航空航天大学）
本文通过四波混频过程研究了涡旋光轨道角动量的转移，并展示了慢光与快光的操控方法，为量子信息处理提供了新思路。
2026-01-10 physics.optics quant-ph
Photonic band mixing in linear chains of optically coupled micro-spheres
本文研究了由于回音壁模（WGM）的光耦合而在一维全同球链中产生的光激发。这些激发的能带结构显著依赖于WGM之间的相互混合，其特征在于不同的角量子数$l$值。我们开发了一个一般的理论，这些激发的光子能带结构考虑到这些影响，并将其应用到最近的实验兴趣的几种情况下。对于角量子数与宇称相同的WQM带，计算的色散规律与最近的实验结果定性一致。从不同的$l$宇称回音壁模式的激发杂交产生的频带表现出异常的色散特性，其特征在于在允许的值\emph{wave numbers}和发散的群速度的差距。
2005-11-10 physics.optics
The Effect of Orbital Angular Momentum on Nondiffracting Ultrashort Optical Pulses
介绍了一类新的具有轨道角动量的无衍射光脉冲。通过推广麦克斯韦方程的X波解，我们发现了超短脉冲的角动量和时间自由度之间的耦合。传播不变光脉冲的空间扭曲度与光周期数直接相关。我们的研究结果可能会引发新的多层次的经典和量子传输通道的色散和衍射自由的发展，也可能会发现应用在纳米结构的对象的超短脉冲的操作，并为新的方法，超快光子学的时空测量。
2015-03-10 physics.optics
Light structuring via nonlinear total angular momentum addition with flat optics
University of Brescia（布雷西亚大学）；National Institute of Optics-National Research Council（国家光学研究所-国家研究委员会）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Palermo（巴勒莫大学）；Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学）
本研究通过非线性总角动量叠加，实现三阶谐波光的结构化，揭示其对泵浦偏振态的高度敏感性，为精确控制结构光提供了新方法。
2024-12-04 physics.optics
Nonlinear Conversion of Orbital Angular Momentum States of Light
研究了在体材料$χ^{(2)}$中携带轨道角动量的光场的二次谐波产生。结果表明，由于能量守恒和动量守恒，倍频光束具有改变的空间分布和模式特性。通过严格的相位匹配条件，我们证明了基于三波非线性光学混频的有效模式和频率转换。
2021-05-25 physics.optics
Robust Orbital Angular Momentum Transfer Using Low-Cost Diffractive Optics
SECIHTI - Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.（光学研究中心）；Tecnologico de Monterrey（蒙特雷理工学院）；Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de San Luis Potosí（圣路易斯波托西自治大学工程学院）；Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.（光学研究中心）
该研究利用印刷在醋酸基底上的低成本静态二元全息图，实现了光镊中稳健的轨道角动量传递，构建了适用于多领域的结构化光操控平台。
2026-08-20 physics.optics
How orbital angular momentum affects beam shifts in optical reflection
众所周知，当与几何光学预测相比时，高斯光束（$\text{TEM}_{00}$）通过平面电介质界面的反射导致四个光束移位。它们是空间古斯-汉兴（GH）位移、角GH位移、空间Imbert-Fedorov（IF）位移和角IF位移。我们在这里报告，理论和实验上，赋予光束的轨道角动量（OAM）导致耦合的这四个转变，这是由一个$4 \times 4$混合矩阵。
2010-07-21 physics.optics
The photonic wheel: demonstration of a state of light with purely transverse angular momentum
角动量的概念在物理学的许多领域都是普遍存在的。在经典力学中，系统可以具有角动量，该角动量可以是横向的（例如，在纺车中）或纵向（例如，对于流体涡流）到运动方向。然而，众所周知，光子表现出仅纵向的固有角动量：定义光束偏振的自旋角动量和与螺旋形相阵面相关的轨道角动量。在这里，我们表明，有可能产生一种新的光的状态，包含纯粹的横向角动量，类似于旋转的机械轮。我们使用的光学纳米探测技术，实验证明其发生在我们的设置。这种光状态可以在光镊和光学操纵中提供额外的旋转自由度。
2012-10-05 physics.optics
Spatiotemporal differentiators generating optical vortices with transverse orbital angular momentum and detecting sharp change of pulse envelope
作为一种新的光学操纵自由度，利用脉冲整形器实现了携带横向轨道角动量的时空光学涡旋。本文提出了一种时空微分器来产生具有横向轨道角动量的STOVs。为了在时空域产生相位奇异性，通过打破空间镜像对称性设计了时空微分器。与脉冲整形器相比，这里提出的器件是一个简单的一维周期性纳米结构，因此它更紧凑。对于垂直入射脉冲，微分器产生具有横向轨道角动量的透射STOV脉冲。此外，所产生的STOVs的干涉可以用于检测脉冲包络在空间和时间维度上的急剧变化。
2022-02-06 physics.optics
Self-Heterodyned Detection of Dressed State Coherences in Helium by Noncollinear Extreme Ultraviolet Wave Mixing with Attosecond Pulses
阿秒极紫外（XUV）脉冲的非共线混频光谱提供了前所未有的洞察电子动力学。在红外和可见光区域，外差检测技术利用参考场来放大混频信号，同时允许相位敏感测量。在这里，我们实现了一个自外差检测方案在非共线混频测量与短阿秒XUV脉冲训练和两个几个周期的近红外（NIR）脉冲。初始时空重叠的XUV和NIR脉冲在气态氦内产生奇（1snp）和偶（1sns和1snd）宇称态的相干性。一个延迟的非共线近红外脉冲产生的角度依赖的四波混频信号，报告这种相干性的演变。这些发射信号的XUV谐波的扩散角结构被用作外差检测的参考场，导致瞬态混波光谱中的周期振荡。利用这种检测方案，可以观察到从至少八个不同的光诱导或修饰状态发射的混频信号，而在类似的零差混频测量中仅识别出一个光诱导状态。结合自外差检测方案，非共线的几何形状允许确定性的识别和不同的波混合路径的角度分离，降低了瞬态光谱的复杂性。这些结果表明，外差检测方案的应用可以提供信号放大和相位灵敏度，同时保持非共线阿秒XUV混频光谱的多功能性和选择性。这些技术将是在XUV制度的复杂化学系统的超快动力学研究的重要工具。
2020-01-26 physics.atom-ph physics.optics
Optically controlled orbital angular momentum generation in a polaritonic quantum fluid
光的轨道角动量（OAM）的应用范围从下一代光通信系统到粒子的光学成像和光学操纵。在这里，我们提出了一个微米大小的半导体源，发射光与预定义的OAM组件。这个源是基于极化激子量子流体。我们展示了如何在这个系统中调制不稳定性可以控制和利用自发形成的OAM组件不存在于泵浦激光源。一旦创建，OAM状态在量子流体中表现出奇异的流动模式，其特征在于生成-湮灭对。这些只能发生在开放的系统中，而不是在平衡冷凝物中，与公认的涡旋-反涡旋对相反。
2017-04-03 physics.optics
Theory of Four-Wave Mixing of Cylindrical Vector Beams in Optical Fibers
柱面矢量（CV）光束是一组横向空间模式，具有柱面对称的光强分布和关于光束轴的可变偏振。它们由轨道角动量和自旋角动量的不可分离叠加组成。重要的是，CV光束也是光纤的本征模，因此，在光子学中具有广泛的实际重要性，并且具有通过空间复用增加通信带宽的潜力。本文推导了描述光纤中CV光束四波混频的耦合振幅方程。这些方程使我们能够确定的选择规则，管理的CV模式在四波混频过程中的相互转换。利用这些选择规则，我们证明了四波混频在两个输入光子到两个输出光子的转换中保持了总的角动量，即轨道角动量和自旋角动量的总和。当应用于自发四波混频时，选择规则表明，光子对可以直接在CV模中产生，并且可以在这些模中纠缠。CV模式下的这种量子态光可以使卫星量子密钥分发等技术受益。
2019-12-20 physics.optics quant-ph
Single-beam driven rotational manipulation for high-resolution 3D cellular morphology reconstruction
本文利用携带SAM的单光束实现细胞稳定捕获与任意角度旋转，结合完整3D重建流程获取多视角图像，并在石榴花粉和红叶李细胞上验证了高分辨率形态重建能力。
2025-06-08 physics.optics
Quadruple-enhanced four-wave mixing in nanometer plasmonic hotspots: classical theory and experiments
效率是限制非线性等离子体激元器件应用的关键因素。我们通过理论和实验表明，高效率的四波混频（FWM）实现在纳米尺寸的等离子体热点，这开辟了纳米光操纵的机会。首先，我们提出了一个经典的计算频率转换效率的四重增强四波混频的克尔非线性材料加载在等离子热点的金纳米球二聚体。结果表明，在毫瓦的泵浦功率consumption.Next，我们提出的实验结果表明，约10%的线宽加宽的100 fs的脉冲激光器的单层石墨烯在金纳米球平面结的可行性，以实现超过10%的效率在纳米体积。这种高效率、低功耗、纳米级的非线性工艺是制造超紧凑、高速非线性光学器件的一个有希望的候选者。
2020-06-15 physics.optics
Quantum Optical Spanner: Twisting Superconductors with Vortex Beam via Higgs Mode
本研究通过数值模拟，展示了涡旋光束的轨道角动量可转移至超导体的希格斯集体模式，引发机械旋转，从而提出量子光学扳手的概念，为量子领域的光学操控开辟新途径。
2025-09-25 cond-mat.str-el physics.optics
Nanoparticles manipulation in 3D nanotips excited with plasmonic vortex
纳米技术的最新进展促使人们需要一种工具来精确地、非侵入性地操纵单个纳米物体。在可能的策略中，光学力已被广泛用于使纳米光镊能够以前所未有的精度捕获或移动样品。在这里，我们提出了一个架构，包括一个nanotip激发的等离子体涡流，使有效的动态控制纳米粒子在三维空间。由该结构产生的光场可用于操纵作用于用于照射该结构的光的总角动量的单个介电纳米颗粒。我们证明了可以稳定地捕获或迫使粒子从特定点发出光束，从而为纳米粒子操作和分选提供了一个新的平台。
2019-08-15 physics.app-ph physics.optics
Probing of Core Excitons in Solid NaF with Polarization-Selective Attosecond Time-Resolved Four-Wave Mixing Spectroscopy
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Lund University（隆德大学）
本文通过阿秒四波混频光谱研究固态NaF中Na+ L2,3边的激子超快退相干过程，揭示了激子-声子耦合对退相干时间的影响，并发现亮激子具有s轨道角动量，暗激子具有p轨道角动量。
2026-08-18 physics.chem-ph physics.optics
Integer Multiplier for Orbital Angular Momentum of Light using Circular-Sector Transformation
本文介绍了一种整数倍的轨道角动量（OAM）的光通过并行实现多个圆扇区的转换，从而OAM模式的横截面圆形几何转换为圆扇区的形状。实验表明，OAM倍频和三倍频公式的转换精度明显优于以前的方法。这是因为所提出的方法使用具有单个空间光调制器的简单实现。该方法具有很强的潜力的空间模式操作的OAM和其他有用的空间模式。
2019-02-27 physics.optics quant-ph
Spin-Orbit Angular Momentum Conversion in Metamaterials and Metasurfaces
在过去的几十年里，在操纵光的自旋角动量（SAM）和轨道角动量（OAM）方面取得了前所未有的进展，使许多应用从经典和量子通信到光学显微镜和超分辨率成像。超表面是人工设计的2D超材料，具有设计的亚波长尺寸构建块，可以精确控制光场，具有无与伦比的灵活性和性能。光学超颖表面的降维实现了新的物理学，并导致与块体材料可实现的功能和应用显著不同的功能和应用。本文综述了近年来光学超颖表面在集成自旋轨道转换（SOC）器件中的应用，并对超颖表面在光的SAM和OAM操纵方面的研究进展进行了综述。
2019-07-25 physics.optics quant-ph
High harmonic generation spectroscopy via orbital angular momentum
提出了一种利用基频光场中的轨道角动量驱动高次谐波产生的实验技术。不同OAM的光束的混合允许产生两个紧密间隔的激光焦点，以研究双原子氮中产生的HHG的相位和振幅。氮气被用作充分研究的系统，以显示基于OAM的HHG干涉测量的质量。
2019-07-22 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.optics
Imaginary Poynting momentum driven particle rotation by cylindrically polarized Gaussian beams
该研究利用无自旋和轨道角动量的柱偏振高斯光束，实现了虚坡印廷动量驱动的金微粒子可控旋转，证实其动量传递效果可与自旋角动量相当，为光操控粒子提供了新途径。
2024-08-14 physics.class-ph physics.optics
All-dielectric silicon metalens for two-dimensional particle manipulation in optical tweezers
用于生物科学应用的颗粒的紧凑芯片级非接触式操纵的动态控制仍然是具有挑战性的努力，这受到捕获效率和可扩展装置之间的平衡的限制。超表面提供了在平面平台上实现可行的光镊，用于通过微尺度集成器件成形所施加的光学力。在这里，我们设计并实验证明了一个高效的硅基超透镜在近红外二维光阱。我们的超透镜概念基于Pancharatnam-Berry相位，这使得该设备能够进行偏振敏感的粒子操作。我们的光阱装置能够在三个方向上自由地调整超颖表面透镜和粒子室的位置，这为光阱调整和对准提供了很大的自由度。二维（2D）粒子操纵是用相对低数值孔径超透镜（$NA_{ML}=0.6$）完成的。我们实验证明了两个二维偏振敏感的拖放操纵悬浮在水中的聚苯乙烯颗粒和转移的角轨道动量，这些粒子与一个单一的定制光束。我们的工作可能为生物科学应用的芯片实验室光阱和微到纳米级光镊开辟新的可能性。
2020-09-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Valley-contrasting orbital angular momentum in photonic valley crystals
谷作为一个自由度，已经被用来实现二维层状材料中的谷选择性霍尔输运和圆二色性。另一方面，具有螺旋相位分布的光的轨道角动量在光通信、原子囚禁、甚至重要拓扑工程等方面具有前所未有的应用前景，引起了人们的极大关注。在这里，我们揭示了谷对比轨道角动量在全介质光子谷晶体。利用具有适当手征的轨道角动量源实现了谷手征体态的选择激发。谷依赖的边缘状态，可预测的非零谷陈数，使抑制沿锯齿形边界的谷间散射，导致宽带鲁棒传输在Z形弯曲没有角落形态优化。我们的工作可能为发现新的量子态和在纳米光子学中操纵光的自旋轨道相互作用打开一扇新的大门。
2016-06-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Structured transverse orbital angular momentum probed by a levitated optomechanical sensor
本研究通过两束平行反向传播线偏振聚焦光束的干涉场生成携带本征横向轨道角动量（TOAM）的同旋向涡旋阵列，并利用光学悬浮硅纳米棒光力学传感器直接探测TOAM，为基础物理、光操控及量子光力学研究提供新方法。
2023-06-14 physics.optics quant-ph
3D optical manipulation of a single electron spin
金刚石中的氮空位（NV）中心是用于量子光学[1，2]、基于自旋的量子信息处理[3，4]和高分辨率传感[5-13]的有前景的元素块。然而，充分利用单个NV中心的这些能力需要准确操纵它们的策略。在这里，我们使用光镊作为工具，以实现确定性的捕获和3D空间操纵的单个纳米金刚石托管一个单一的NV自旋。值得注意的是，我们发现NV轴几乎是固定的陷阱内，可以控制在原位，通过调整捕获光的偏振。通过将这种独特的空间和角度控制与NV自旋和荧光寿命测量的相干操作相结合，我们证明了光学捕获NV中心作为3D矢量磁强计和光学态局部密度传感的新途径。
2012-09-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
