Intensity correlations in perturbed optical vortices: Diagnosis of the topological charge
我们提出并实验验证了一种新的方案，用于诊断阶的扰动光学涡旋使用其二维空间自相关函数。涡旋的阶数等于关联函数中暗环或零点的数目。我们以拉盖尔多项式的形式给出了关联函数的一个简洁的解析表达式。此外，我们还利用拉盖尔多项式的第一个零点传播时的发散，以获得有关高阶空间模式的信息，并与我们的实验结果进行了比较。结果表明，通过增大散射涡旋光束的收集面积，可以进一步提高获得信息的精度。这些结果在自由空间光通信和卫星通信中找到了应用，因为所提出的技术是无散射的，即使用一小部分散射光束也可以获得信息。
2022-06-06 physics.optics
Efficient Generation of Tunable Magnetic and Optical Vortices Using Plasmas
等离子体是一种有吸引力的介质，用于产生具有可预测拓扑结构的强微观磁结构和可调谐电磁辐射，这是由于其维持和操纵高电流和强场的非凡能力。在这里，使用理论和模拟，我们表明，当一个尖锐的相对论电离锋（IF）通过一个相对长波长的拉盖尔-高斯（LG）激光脉冲与轨道角动量（OAM）时，多兆高斯磁和可调光涡旋的有效生成。通过改变等离子体密度，光涡旋在很宽的光谱范围内发生频率上移，并在持续时间上被压缩。两个涡旋的拓扑电荷可以通过控制入射LG激光的OAM模式和/或通过控制IF的拓扑和密度来操纵。对于相对高（低）的等离子体密度，入射LG激光脉冲的大部分能量被转换为磁（光）涡。
2022-04-19 physics.optics physics.plasm-ph
Beamfit: Algorithmic Wavefront Reconstruction of Laser Beams Using Multiple Intensity Images and Laguerre- or Hermite-Gaussian Basis
针对激光系统的波前误差问题，提出Beamfit算法，基于多幅CCD图像和高斯模式基重构波前，通过优化计算复杂度和预计算参数大幅提升效率，计划开源发布。
2024-01-29 physics.comp-ph physics.optics
The paraxial approximation fails to describe the interaction of atoms with general vortex light fields
忽略沿光传播方向的电场分量是一种常见的做法，称为傍轴近似。然而，拉盖尔-高斯光束正面激发原子的实验证据和理论表明，必须考虑光场的全矢量特征。光学涡旋是一个大家族的领域，拉盖尔-高斯只是一个特殊的情况。现在，我们通过考虑原子与广义拉盖尔-高斯光束和广义贝塞尔光束的相互作用，将傍轴近似的适用性研究扩展到更广泛的光学涡旋。我们证明，这里考虑的所有涡旋光束在靠近原子所在的光束轴处看起来都是一样的。从这一点，我们得出结论，傍轴近似失败的大集合的涡旋光束，和一个完整的理解的光学涡旋与原子的相互作用需要包括所有的矢量分量的电场。
2020-03-31 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Fraunhofer diffraction of a Laguerre-Gaussian laser beam by fork-shaped grating
本文从理论上研究了径向模数为零、方位模数为l的拉盖尔-高斯激光束经p阶叉形位错衍射光栅的夫琅禾费衍射，推导并分析了衍射波场在傅里叶平面内的振幅和强度分布的解析表达式。最后给出了涡半径的表达式。
2010-11-16 physics.optics
Off-Axis Spiral Phase Mirrors for Generating High Intensity Optical Vortices
在这项工作中，我们提出了一种新的和实用的方法来产生高功率激光系统中的光学涡旋。离轴螺旋相位镜在放大和压缩后以倾斜的入射角用于光束路径中，从而允许在几乎任何激光系统中产生高功率光学涡旋。一个离轴配置是可能的，通过修改的螺旋相位螺旋的方位角梯度，并证明了一个简单的模型，使用离散的螺旋楼梯。本研究提出了高、低功率激光系统中离轴螺旋相位镜的设计、制作和实现。
2020-01-21 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
Digital sorting perturbed laguerre-gaussian beams by radial numbers via high order intensity moments
因此，我们的研究结果在于开发和实施的基本原则的数字排序的拉盖尔-高斯模式的径向数的非退化和退化状态的涡旋光束受到扰动的形式的硬边孔径的可变半径。LG光束的正交基的数字分选涉及高阶强度矩的使用，以及随后在球面透镜的焦平面处的调制光束图像的扫描。结果，我们得到了一个线性方程组的平方模振幅和交叉振幅的扰动光束。方程的解允许人们确定每个LG模式的振幅，并将实模阵列和组合光束作为一个整体来恢复。首先，我们开发了一种数字分选算法，然后在此基础上对两种类型的涡旋光束进行了实验研究：单个LG光束和具有相同拓扑荷（方位角数）和不同径向数的单个LG光束的合成。光束通过一个具有不同半径R的圆形硬边光阑扰动。由于微扰，出现了一组具有不同径向数k的二次LG模式，其特征在于振幅谱。所得到的光谱使得有可能恢复LG模式的真实阵列和扰动光束本身的相关度不低于。作为对扰动引起的不确定性的度量，我们测量了信息熵（香农熵）。
2019-12-08 physics.optics
Beaming of helical light from plasmonic vortices via adiabatically tapered nanotip
我们证明了通过使用等离子体涡旋和自由空间拉盖尔-高斯模式之间的平滑光学模式转换，产生具有所需轨道角动量的远场传播光束。这是通过由螺旋狭缝包围的螺旋锥形金尖端来实现的。所提出的物理模型，支持的数值研究，带来了一个优化的结构，这是通过使用高度可重复的次级电子光刻技术制造。该结构的光学测量结果与理论预测的远场分布非常吻合。这种架构提供了一个独特的平台，本地化激发等离子体激元涡其次是其光束。
2016-09-18 physics.optics
Generation and characterization of customized perfect Laguerre-Gaussian beams with arbitrary profiles
该研究通过对角谱施加代数函数产生强度极大值沿任意曲线分布的定制PLG光束，实验表明其传输稳定、能量损失更低且传输距离更长。
2024-07-03 physics.optics quant-ph
Efficient ion acceleration driven by a Laguerre Gaussian laser in near-critical-density plasma
提出利用拉盖尔-高斯激光辐照近临界密度等离子体，激发纵向静电场同时加速和会聚质子，生成准单能低发散束，为PW级激光系统产生高质量离子束提供参考。
2023-05-10 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Mesh of Spatiotemporal Optical Vortices with Programmable Intensity Nulls
本研究提出并实验验证了具有可编程强度零点的二维时空光学涡旋网格，扩展了其频谱范围并分析了OAM传递。
2025-11-22 physics.optics
Relevance of Longitudinal Fields of Paraxial Optical Vortices
纵向电磁场通常变得与强聚焦的非傍轴光束中通常占主导地位的横向分量相当。对于光学涡旋模式，它在这里强调了它们的角动量特性如何产生纵向场，在一般情况下，必须占，即使在傍轴制度。一阶纵向分量的量子化拉盖尔-高斯模式推导和数值研究相对于傍轴参数，突出轻物质和自旋轨道相互作用，源于纵向领域的弱聚焦，傍轴光束在自由空间。对光学涡旋与原子、分子和其他纳米结构相互作用的近轴近似的有效性提出了新的限制。
2020-12-17 physics.atom-ph physics.optics
Relativistic Oscillating Window Driven by an Intense Laguerre Gaussian Laser Pulse
研究强Laguerre-Gaussian激光束通过小孔衍射产生高次谐波，发现周边电子动力学导致不同偏振态LG脉冲具有不同选择定则，推导并验证了预测谐波拓扑荷及相对强度的理论，为产生携带可控OAM的高强度UV或X射线脉冲铺路。
2025-06-26 physics.optics physics.plasm-ph
Enforcing energy balance in coherently superimposed optical vortices
从能量分布和径向模组成的角度分析了利用相位光栅产生具有多个相互相干的轨道角动量（OAM）模的光束。结果表明，采用等权拉盖尔-高斯（LG）模式设计的相位光栅将产生OAM分量之间能量分布不均匀的光束。这种不想要的结果不能通过调节照明光束的宽度来校正。我们提出了一种方法来设计相位光栅，将产生一个均匀的能量分布在照明后的OAM状态的组成，同时最大限度地减少高径向模式的内容。该方法基于LG模式的广义定义，其利用自由选择其径向尺度。
2018-02-22 physics.optics
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
Higher order optical vortices and formation of speckles
我们已经在实验中产生了更高阶的光学涡旋，并通过毛玻璃板，在散斑形成的结果分散他们。散斑强度自相关测量表明，散斑的大小随涡旋阶数的增加而减小。这意味着涡的角直径随着它们的顺序而增加。涡旋的环形亮环特征也有助于我们理解这些观测结果。研究结果可应用于恒星强度干涉测量和热鬼成像。
2014-06-11 physics.optics
Narrowing of resonances in electromagnetically induced transparency and absorption using a Laguerre-Gaussian control beam
我们研究了电磁诱导透明和吸收（EITA）的现象，使用控制激光与拉盖尔-高斯（LG）的轮廓，而不是通常的高斯轮廓，并观察到共振的宽度低于自然线宽的20倍。将探测光束对准环形LG控制光束中的中心孔，同时允许高信噪比所需的强控制强度和获得窄共振所需的探测区域中的低强度。二阶LG光束的实验表明，渡越时间和轨道角动量不起显着的作用。这种解释是证明了一个径向变化的控制拉比频率的密度矩阵分析。我们观察到这些共振使用在室温蒸汽细胞中的Rb的$D_2$线的简并两能级跃迁。我们表明，线宽减少了约4倍相比，使用高斯控制光束，这应该证明有利于在所有应用程序的EITA和其他种类的泵浦探测光谱。
2012-09-01 physics.atom-ph physics.optics
Chirality and helicity of optical vortices of small beam waists
研究了线偏振拉盖尔-高斯（LG）光束的手征性和螺旋性。当这种类型的光的束腰足够小时，其具有相当大的纵向场，并且因此产生非零的手征性和螺旋性。在最简单的情况下，一个甜甜圈光束的缠绕数$\ell=1$和另一个相同的，但有$\ell= -1$，我们得到不同的手征和螺旋度分布在焦平面$z=0$。我们还表明，这种手征行为的持续和图案的演变，使平面上的$z<0$和$z>0$的光束会聚有助于不同的手征性和螺旋度分布的变化。
2020-10-13 physics.atom-ph physics.optics
Customizable Laguerre-Gaussian Perfect Vortex Beams
在20世纪90年代，人们认识到涡旋光束（VBs），具有光学涡旋的傍轴光束，携带轨道角动量（OAM），已经受益于从光学操纵到高维经典和量子信息通信的应用。常见VB的横向轮廓，例如，拉盖尔-高斯光束和高阶贝塞尔光束都是空心圆环，其半径不可避免地随着OAM的增大而增大。VB的固有的不完美特性，即半径总是与OAM正相关，限制了VB在许多场景中的应用，如光纤数据传输，空间OAM模式（解）复用通信和粒子操纵，这些场景要求VB具有与不同OAM相同的尺度，甚至是大OAM的小涡环。在这里，我们推导出一个理论的基础上，最广泛使用的拉盖尔-高斯光束产生一个全新的类型的VB与OAM无关的半径，远离常见的非完美约束，称为拉盖尔-高斯完美涡旋光束（LGPVB）。LGPVBs具有拉盖尔-高斯光束的自相似特性，但在受到扰动后可以自愈，并且在传输过程中始终保持“完美”。我们的傅立叶空间设计不仅允许我们随意塑造LGPVB的传播强度，而且还赋予LGPVB在任意自加速的同时仍然完美传播，自相似和自我修复的迷人潜力。这种可定制的自愈LGPVB，其属性反映了我们对VB的最大期望，为广泛领域的常见VB应用场景提供了更好的替代方案。
2022-09-05 physics.optics
High-intensity wave vortices in the beamoptics domain: 3D spatial structure, singleplane models, and their propagation properties
Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University（尤里·费多基维奇切爾諾夫策國立大學）
本文扩展II型光学涡旋至近轴光束，证明其仅存在于多重连通三维空间，并提出了利用可编程光调制器和计算机合成全息图创建此类场结构的方法，模拟与实验吻合。
2026-09-15 physics.optics
High-intensity wave vortices around subwavelength holes: from ocean tides to nanooptics
本文提出一种新型波涡旋，可在均匀二维平面中任意小的孔洞周围形成，具有高强度边缘约束和亚波长角动量局域化，并在光学近场、声子极化激元场和海洋潮汐波中验证了其存在，为亚波长涡旋应用开辟了新途径。
2025-01-23 physics.ao-ph physics.optics
Products of displaced Laguerre-Gaussian beams
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学理学院）；Universidad Politécnica Metropolitana de Hidalgo（伊达尔戈都会理工大学）
本研究通过分析 displaced 雷纳德-高斯光束乘积的传播特性，提出了一种预测横向旋转的方法，并展示了其在深度敏感光学成像中的应用潜力。
2026-02-07 physics.optics
Beam Profiler Network (BPNet) -- A Deep Learning Approach to Mode Demultiplexing of Laguerre-Gaussian Optical Beams
光的横向场分布被认为是经典和量子通信的资源，对于经典和量子通信，需要可靠的方法来分选或解复用空间光模式。在这里，我们通过实验证明了拉盖尔-高斯光束根据其轨道角动量和径向拓扑数使用两个级联深度神经网络的流进行最先进的模式解复用。第一个网络用作从实验生成的数据到理想的数字生成的数据的传递函数，同时使用独特的“直方图加权损失”函数，解决了图像的重要信息有限的问题。第二个网络充当空间模式分类器。我们的方法只使用模式或其叠加的强度分布，使相位信息冗余。
2019-04-14 eess.IV physics.optics
Temporal Focusing Enables Distortion-Resistant high-intensity Spatiotemporal Optical Vortices
Shenzhen University（深圳大学）；East China Normal University（华东师范大学）；University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）；Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）
本文提出通过频谱相位调制改进时间聚焦配置，实现稳定、抗畸变的空间时间光学涡旋，适用于高NA聚焦几何条件下的高强高分辨率应用。
2026-03-26 physics.optics
Spatiotemporal optical vortices with controllable radial and azimuthal quantum numbers
本文理论并实验研究具有可控径向与方位角量子数的STLG波包，揭示其复合横向OAM，并利用强时空像散实现与STHG波包的模式转换及模式识别。
2024-01-25 physics.optics
Complementary Speckle Patterns : deterministic interchange of intrinsic vortices and maxima through Scattering Media
通过对入射相干光束施加电荷$\pm 1$的螺旋相位延迟，实验上互换了漫射器后面获得的散斑图案的强度最小值和最大值。这种变换源于这样一种直观的预期，即紧聚焦的光束被如此改变为涡旋光束，反之亦然。的极值位置和强度分布的统计，因此产生的“互补”模式的特征在于通过数值模拟。实验证明，三个“互补散斑图案”的非相干叠加产生放大因子$\sqrt{3}$的合成散斑晶粒尺寸。一个循环排列的光学涡旋和最大值出乎意料地观察和讨论。
2016-07-22 physics.optics
Overcoming the Rayleigh Criterion Limit with Optical Vortices
我们实验和数值测试的分离性的两个独立的同等发光的单色和白色光源的衍射极限，使用光学涡旋（OV），相关的轨道角动量（OAM）的光。两个源之一的衍射图案在其中心穿过相位修改装置（叉形全息图），产生艾里盘的拉盖尔-高斯（L-G）变换。第二个光源在与光心不同的位置穿过叉形全息图，获得不同的OAM值，并产生非对称的L-G图案。我们制定了一个标准，根据叠加的L-G图案的不对称强度分布，这样创建的，以解决两个源的角距离远低于瑞利标准。在白光中进行的类似实验允许仍低于瑞利准则一个数量级的角分辨率。在未来的空间实验中，OVs的使用可能为恒星分离提供新的应用。
2006-08-31 astro-ph physics.optics
Structure of optical vortices produced by holographic gratings with "fork" geometry: Kummer beams
具有拓扑缺陷（一个或多个条纹的分支）的全息光栅被广泛用于产生具有光学涡旋（OV）的光束。本文分析了以条纹分叉点为中心的高斯光束照射二元计算全息图产生的OV光束。通常，这样的光束被认为是傍轴波动方程的标准解的类似物-拉盖尔-高斯（LG）模式代表OV的经典示例。然而，强度分布和空间演化的整个过程显示出与LG原型的重要差异。在整数拓扑电荷的情况下，所产生的OV光束可以由特殊的库默函数描述，其允许将这些光束称为“库默光束”。对Kummer梁的性质进行了数值和解析研究。与相应的LG模式的主要区别是在光束外围的强度衰减慢得多，光束发散度高得多;库默尔和LG光束之间的差异随着OV拓扑电荷的增加而增加。
2009-06-15 physics.optics
Generation of light beams with custom orbital angular momentum and tunable transverse intensity symmetries
我们介绍了一种新颖而简单的调制技术，以定制的轨道角动量（OAM）量的光束。该技术是基于种子光束的角谱的调制，这允许我们以独立的方式指定OAM的值和所得到的光束横向强度的形状。我们实验证明我们的方法通过任意形状的贝塞尔和拉盖尔-高斯光束的径向和角强度分布，而他们的OAM值保持不变。我们的实验结果与数值和理论预测一致。
2019-06-21 physics.optics
Properties of electron lenses produced by ponderomotive potential with Bessel and Laguerre-Gaussian beams
在几何光学中研究了由有质动力势产生的电子圆透镜的性质。利用与聚焦后的一阶贝塞尔或拉盖尔-高斯光束的光强分布成正比的势产生电子圆透镜和三阶球差校正器。推导了薄透镜近似下的焦距和球差系数的计算公式，用以确定透镜特性和光束参数。当光束的模场较小时，电子轨迹计算结果显示出与使用公式得到的结果相似的性质。或者，由于电势的环形分布而引入大的高阶像差。二阶和高阶贝塞尔和拉盖尔-高斯光束不产生聚焦能力，也没有负的三阶球面像差;然而，它们仍然可以用作圆对称高阶像差校正器。结果表明，有质动力势为基础的电子透镜或相位板形成的折射率介质的形状是相当灵活的比在传统的静电和磁电子光学的情况下实现的。本文提出的公式可以作为设计优选光场的指南，从而促进利用电子-光相互作用的电子光学新技术的进步。
2022-03-07 physics.optics
Revealing the propagation dynamic of Laguerre-Gaussian beam with two Bohm-like theories
本文利用 x-Bohm 和 p-Bohm 理论构建了单模与叠加模 LG 光束的位置和动量轨迹，量化了其亚光速传播特性，并直观揭示了叠加模光束花瓣状强度分布的形成机制，加深了对类玻姆理论的理解。
2024-09-24 physics.optics quant-ph
Optical ferris wheel for ultracold atoms
我们提出了一个通用的光学环形晶格适合于捕获冷和量子简并原子样品在离散的角位置。我们证明了实现从拉盖尔-高斯（$\exp(i \ellθ)$）模式与不同的$\ell$指数产生的强度图案。环形晶格可以具有强度最大值或最小值，适合于捕获红色或蓝色失谐光，并且可以通过在拉盖尔高斯模式之间引入频移来旋转。势阱可以连接起来形成一个均匀的环形阱，使其成为研究持续电流和环形几何结构中的莫特绝缘体转变的理想材料。
2006-11-15 physics.atom-ph physics.optics
Sensitivity of Laguerre-Gaussian Modes to Misalignment and Mode Mismatch in Gravitational-Wave Detectors
Université Paris Cité, CNRS, Astroparticule et Cosmologie（巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心，亚原子粒子与宇宙学）
研究引力波探测器中拉盖尔 - 高斯模式对失准和模式失配的灵敏度，通过解析和数值评估耦合损耗，发现LG\(_{0,\ell}\)家族模式失配缩放特性有利，为精密干涉仪应用提供动机。
2026-07-28 astro-ph.IM physics.optics
Transport of Intensity Phase Retrieval of Arbitrary Wave Fields Including Vortices
相位问题可以被认为是量子力学的基石之一，与探测过程和不确定关系密切相关。后者对迄今为止发明的流形相位重建方案施加了基本限制，特别是在量子波的小幅度上。在这里，我们表明，一个严格的解决方案的运输强度重建（TIE）计划在一个线性椭圆偏微分方程的相位提供重建，即使在波零的存在下，如果特定的边界条件（BC）。我们还讨论了部分相干性如何阻碍相位重建，并表明修改后的版本的TIE重建在任意（在）相干的无卷曲电流密度。这为天体物理学、电子物理学、光子学、声学和电子显微镜等领域的各种新应用开辟了道路，其中各个波场中的零是普遍存在的特征。
2016-09-07 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Implementation of a simultaneous message passing protocol using optical vortices
光学量子门的实现是以引入非经典光源为代价的，非经典光源的光子通量低，因此采集时间长。量子模拟光闸结合了量子系统的优点与使用强光束的便利性。在这里，我们关注的是一个控制SWAP（C-SWAP）门使用结构光的工具的经典实现。c-SWAP门是一个三量子比特门，其中一个输入量子比特控制其他两个量子比特之间的信息交换。我们使用拉盖尔-高斯光束来实现c-SWAP门，并展示了其主要应用之一：比较两个信号而不显示其内容，即，一种同步消息传递协议。我们实现了信号比较测量与kHz的调制速度，使用一个数字的MEMS器件作为空间光调制器。我们的系统能够进行动态误差分析和归一化过程，这克服了数据后处理的必要性，大大减少了比较时间。
2020-06-16 eess.SP physics.optics
Power-Scalable Generation of High-Order Optical Vortices Via Coherent Beam Combining
本研究通过相干光束结合技术实现高功率高阶光学涡旋的生成，实现了高模纯度和高效率，为高功率结构光应用提供了新途径。
2025-12-25 physics.optics
Ultrashort intense-field optical vortices produced with laser-etched mirrors
介绍了一种简单实用的方法来产生超短强光涡旋，用于高强度激光的应用。我们的方法利用飞秒激光脉冲激光蚀刻光栅线成激光质量的金镜。这些光栅线全息地编码光学涡旋。对于任何所需的（整数）拓扑电荷，我们推导出每个待蚀刻光栅线的数学方程。我们研究蚀刻凹槽的光滑度。我们表明，它们足够光滑，可以产生强度仅比理想情况低百分之几的光学涡旋。我们证明了蚀刻光栅可以用于我们的2f-2f设置的折叠版本[Mariyenko等人，Opt. Express 19，7599（2005）]以补偿角色散。最后，我们表明，蚀刻光栅承受高达10^12 W/cm 2的强度。
2007-08-29 physics.atom-ph physics.optics
Measuring optical vortices by means of dual shearing-type Sagnac interferometers
光学涡旋位置的测量是散斑和自适应光学研究的重要内容。测量精度受光学器件性能和光涡旋的性质（如密度和尺寸）的限制。为了实现高精度和广泛的应用，提出了双剪切型Sagnac干涉仪，利用两块剪切板来调节光涡旋测量的精度。剪切位移能够平衡测量精度和强度比点的值，以提供最佳的测量性能。该方法适用于不同大小和密度的光学涡旋的观测，尤其适用于高密度情况。
2021-06-22 physics.optics
Propagation of Laguerre-Gaussian and Bessel-Gaussian scalar beams in an effective anisotropic background
Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa（墨西哥自治大学伊斯塔帕拉帕分校）
该研究探讨有效各向异性背景下结构化标量光束的传播，采用格林函数方法，以拉盖尔-高斯、贝塞尔-高斯光束为对象，揭示各向异性对径向强度分布等的调控作用。
2026-08-20 physics.optics
Coherent beam combining of optical vortices
本研究基于掺镱光纤短脉冲激光系统，通过相干光束合成实现了l=1到l=5拓扑荷数光学涡旋的功率定标，合成效率达83.2%-96.9%，为高强度光学涡旋的科学与工业应用开辟了新路径。
2023-12-15 physics.optics
Topologically constrained high intensity light propagation in air
University of Maryland（马里兰大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本研究通过时空光学涡旋控制高强度激光脉冲在大气中的长距离纤维化，揭示了拓扑约束缺陷动态在非线性波传播中的作用。
2026-03-10 physics.optics physics.plasm-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
Three-dimensional chiral microstructures fabricated by structured optical vortices in isotropic material
光学涡旋作为一种具有螺旋相位波前和环形强度分布的结构光束，已被用于在金属中制作手征结构和在各向异性偏振相关偶氮苯聚合物中制作螺旋图案。然而，在各向同性聚合物中，由于光学涡旋的二维甜甜圈强度分布，所制造的微结构通常被限制为非手性圆柱形几何形状。在这里，我们开发了一个强大的战略，实现手性微结构在各向同性材料的涡旋光束和平面波的同轴干涉，产生三维（3D）螺旋光场。这种同轴干涉光束是通过设计由方位位相和等位相组成的全息图加载在液晶空间光调制器上而产生的。然后，在同轴飞秒激光干涉下，在各向同性聚合物中实现了三维手性微结构，其手性由拓扑电荷控制。进一步的研究表明，螺旋波瓣和手征分别是由干涉图样和螺旋相位波前引起的。该技术简单、稳定、易操作，在光镊、光通信、超材料快速制备等方面具有广泛的应用前景。
2016-08-03 physics.optics
Extreme Energy Concentration of Band-Limited Superoscillatory Vortices for Efficient Optical Micromanipulation
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；State Key Laboratory of Opto-Electronic Information Acquisition and Protection Technology（光电信息获取与防护技术国家重点实验室）；Anhui Key Laboratory of Optoelectronic Science and Technologies（安徽省光电子科学与技术重点实验室）；Institute of Materials Research and Engineering, Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)（新加坡科技研究局材料研究与工程研究所）；Chengdu University of Technology（成都理工大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Chinese Academy of Sciences Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学院量子信息与量子物理前沿卓越创新中心，中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）
本文通过引入非零方位角阶数的圆长椭球波函数作为一类完整的带限超振荡光学涡旋，证明了其在严格带限约束下实现极端能量集中的理论上限，并实验验证了其可降低捕获功率阈值29.9%并提高纳米粒子轨道旋转速度2.3倍。
2026-05-26 physics.optics
Intrinsic Orbital Angular Momentum Originated from Optical Catastrophe Superposition
本文提出旋风突变光束（CCBs）在无相位涡旋依赖下具有内禀轨道角动量（OAM），通过理论计算与实验验证其OAM可通过叠加光束数量调控，揭示了OAM与相位涡旋的独立性，为OAM波应用提供新方向。
2024-02-13 physics.optics
Propagation dynamics of vortices in Helico-Conical optical beams
本文研究了螺旋锥光束传输过程中产生的光学涡旋的动力学特性。这种动态的数值研究跟踪的OV在几个距离，使用严格的标量衍射理论。为了确保我们的数值计算是正确的，我们比较了模拟和实验之间的不同传播距离的强度分布和相应的干涉图。我们观察到，周边的等极涡旋传输径向向内，沿横向空间的光束传播的光轴。当光束具有中心涡旋时，这些涡旋具有围绕光轴的显著的诱导运动角速率。涡流的这些传播动力学影响光束的内能流和波形重构，这在决定其应用时可能是重要的。
2015-08-13 physics.optics
Controllable perfect spatiotemporal optical vortices
针对常规时空光学涡旋强度分布半径随拓扑荷变化的局限，提出完美时空光学涡旋概念，其强度几乎不受拓扑荷影响，可通过时空傅里叶变换生成且模式能经方位角相位调制自由调控，实验验证了该波包的生成，拓展了相关研究与应用场景。
2025-01-17 physics.optics
Classical to quantum transfer of optical vortices
我们表明，一个光学涡旋光束，实现经典，可以转移到一个预示单光子的横向振幅。为此，我们依赖于自发参量下转换（SPDC）过程来产生信号和空闲光子对，使用具有轨道角动量（具体地，具有拓扑电荷l = 1和l = 2）的贝塞尔-高斯（BG）光束形式的泵浦。我们已经设计了我们的源，使其在短SPDC晶体制度，其中，泵浦的振幅和相位可以被转移到一个预示着单光子。为了验证我们所预言的单光子的涡旋性质，我们已经证明了条件角谱和单光子水平的横向强度与对泵浦进行的类似测量相匹配。此外，我们已经表明，当我们预示的单光子通过三角形孔径衍射，远场单光子横向强度表现出预期的三角形排列的强度波瓣与轨道角动量的存在。
2014-08-07 physics.optics quant-ph
Couplings between the temporal and orbital angular momentum degrees of freedom in ultrafast vortices with propagation-invariant temporal shape
在任何形式的波传播中，当非基本的、三维的波包由纯平面波叠加而成时，或者由光-物质相互作用和非线性过程自发产生时，就会出现强时空耦合。具有轨道角动量（OAM）的超短脉冲或超短涡旋提供了一个关键范例，其中可以通过分析工具精确地进行以时间-OAM耦合形式的时空耦合的分析。通过推广和统一以前报道的结果，我们表明，普遍和空间异构的时空相关性发生在传播不变的时间脉冲进行OAM。在具有高强度的区域中，脉冲持续时间具有由涡旋的拓扑荷固定的下限，并且使得持续时间必须随着拓扑荷而增加。在低强度的涡旋附近的区域，一个大的蓝移的载波振荡和他们的数量的增加被预测为强扭曲光束。我们认为，这些非常普遍的发现突出了空间和时间之间存在结构性耦合。这些结果在自由空间通信、光谱学和高次谐波产生中也有应用。
2020-03-24 physics.optics
High-Fidelity Single-Pixel Imaging at Ultra-Low Sampling Ratios via Physically Enhanced Laguerre Gaussian Encoding
提出基于拉盖尔高斯正交矩差分调制的LGSI技术，在3%超低采样率下实现高保真成像，计算效率超越HSI和FSI。
2025-04-30 physics.optics
Effects of orbital angular momentum on the pulse shape at the most intense ring of ultrafast vortices
最近的研究表明，在超快（少周期）涡旋中，轨道角动量（OAM）和时间自由度是耦合的。这种耦合在涡流的不同部分表现出不同的效果，如已经示出的脉冲能量最大的涡流周围的环，以及在紧邻涡流中心的环。然而，在许多应用中，最大能量的环不是主要感兴趣的，而是脉冲峰值强度最大的环，这在非线性光学应用中尤其如此，例如用超快涡旋激发高次谐波和阿秒脉冲也携带OAM的实验。本文描述了在最大脉冲峰值强度环处的OAM-时间耦合效应，该最大脉冲峰值强度环并不总是与最大脉冲能量环重合。我们发现，存在一个上限的拓扑电荷的大小，具有规定的脉冲形状的超快涡旋在其最强烈的环可以进行，反之亦然，对于一个给定的拓扑电荷的大小，在最强烈的环的脉冲的持续时间的下限。这些界限意味着，与一个给定的激光源光谱，合成的超快涡旋的持续时间增加的拓扑电荷的大小。给出了包含这些OAM时间耦合的超快涡旋的显式解析表达式，这些解析表达式在各种应用中可能会引起兴趣，特别是在它们的传播和与物质的相互作用的研究中。
2020-02-21 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
Optical vortices of slow light using tripod scheme
本文研究了在两束较大强度的控制激光照射下，慢光（探测光束）在共振原子介质中的传播、存储和提取。探测光束和两束控制光束作用于光-物质耦合的三脚架结构中的原子。允许第一控制光束具有轨道角动量（OAM）。第二无涡旋控制激光器的应用确保了探测光束在第一控制激光器的强度变为零的涡旋核心处的绝热（损耗）传播。探测光束的存储和释放是通过关闭和打开控制激光束来实现的，从而导致光涡旋从第一控制光束转移到再生探测场。所存储的探测光束的一部分以原子自旋激发的形式保持冻结在介质中，其数量随着第二控制激光器的强度的增加而增加。我们分析了这种损失的再生探测光束，并提供条件的控制光束的光涡旋被有效地转移到恢复的探测光束。
2011-04-29 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Interference of high-order perfect optical vortex beams
本文通过数值模拟研究高阶完美光学涡旋光束的干涉，发现其分裂条件与拓扑荷无关，且比拉盖尔-高斯光束分裂更慢，为光操控和通信提供新见解。
2024-04-21 physics.optics
