Generation of perfect vortex of variable size and its effect in angular spectrum of the down-converted photons
理想涡旋光束是一类新的涡旋光束，其环半径与其拓扑荷（阶数）无关。产生这种光束的最简单的技术之一是贝塞尔-高斯光束的傅里叶变换。这种涡旋的环半径的变化需要不同焦距的傅立叶透镜和/或复杂的成像设置。本文报道了一种利用凸透镜和轴棱锥产生任意环半径的完美涡旋的新实验方案。作为原理的证明，使用焦距f= 200 mm的透镜，我们简单地通过调节透镜和轴棱锥之间的间隔来改变涡旋光束的半径在0.3-1.18mm之间。这也是一个简单的方案，以方便地测量锥角。利用这种涡旋，我们研究了自发参量下转换（SPDC）过程中具有轨道角动量（OAM）的光子的非共线相互作用，发现SPDC光子的角谱与泵浦光子的OAM无关，而取决于泵浦光的空间分布。在非线性晶体中存在空间走离效应时，SPDC光子具有不对称的角谱，随着涡旋半径的增大，不对称性减小。
2016-01-13 physics.optics
Quantitative orbital angular momentum measurement of perfect vortex beams
完美（光学）涡旋（PV）具有将轨道角动量（OAM）编码到定义明确的环形环内的场上的能力。虽然这使得近场径向分布独立于OAM，但是远场径向分布仍然与OAM成比例，形成贝塞尔结构。其结果是，通过模态分解定量测量PV被认为是不可行的。在这里，我们表明，一个PV的OAM含量可以定量测量，包括一个完美的漩涡内的OAM的叠加。我们概述了理论，并确认它通过实验写入空间光调制器的全息图，突出的OAM内容的准确分解所需的照顾。我们的工作将是感兴趣的大社区谁寻求使用这种结构光领域的各种应用，包括光学捕获和镊子，光通信。
2019-02-12 physics.optics
Experimental 11-dimensional secret sharing with Perfect Vortex beams
秘密共享是在两个以上的人之间安全地共享信息的艺术，其重建需要一定数量的各方的合作。利用多粒子纠缠的基于纠缠的秘密共享方案受到其可扩展性的限制。最近，一种高维单光子秘密共享协议被提出，它在可扩展性方面具有令人瞩目的优势。然而，该协议的实验实现仍然难以捉摸。在这里，利用高维希尔伯特空间的轨道角动量和使用完美涡旋光束作为其载体，我们提出了一个高维单光子量子秘密共享方案的原理证明的实现。我们实验性地实现了这个计划的10个参与者在$d=11$维度，并显示它可以很容易地扩展到更高的维度和任何数量的参与者。
2019-08-30 physics.optics
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
Measurement and Shaping of Perfect Optical Vortex via Cross Phase
本文首次研究了利用交叉相位测量和整形理想光学涡旋的方法。在实验上，我们提出了一种利用低阶交叉相位（LOCP）在傅里叶平面上测量POVs的+3和+5拓扑荷的方法，利用高阶交叉相位（HOCP）实现了POVs在傅里叶平面上的光强分布整形，并展示了HOCP对光场的非对称调制能力。讨论了成形过程中各参数对光场的影响。在此基础上，我们提出了一种结合微卫星特性的二次能量控制方法，在保证灵活控制外形的同时，减小了对原微卫星轨道角动量的影响。这项工作提供了一种替代方法来测量和塑造的一个，这有利于在光学微操纵的应用。
2021-02-21 physics.optics
Generating a perfect quantum optical vortex
本文介绍了一种新的量子态--理想量子光学涡旋态，它在正交空间中沿环具有高度局域化的分布。我们使用维格纳函数和负体积来研究它的非经典性质。这样的量子态可以成为量子信息处理和通信的有用资源。
2016-03-21 physics.optics quant-ph
Generating tightly focused perfect optical vortex for ultra-secure optical encryption
光的轨道角动量（OAM）具有固有模式的正交性，被认为是一种新的光学加密方法。然而，环形强度分布对拓扑电荷的依赖性使纳米级光-物质相互作用复杂化，并阻碍了超安全加密应用。在本文中，我们证明了超安全的图像加密紧密聚焦完美的光学涡旋（OWL）光束与可控的环形强度分布和OAM状态。提出了一种由单个空间光调制器组成的简单方案，用于产生半径可控的紧聚焦光束。这种具有相同的强度分布但不同的OAM状态的聚焦双折射光束被施加到无序耦合的金纳米棒聚集体上，以选择性地激发电磁热点，通过光热变形来编码信息。因此，可以实现与不同偏振相结合的双光束的OAM状态中的超安全图像加密。我们的研究结果奠定了基础，利用OAM部门的纳米光束的各种纳米光子应用。
2021-11-01 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
Perfect spatiotemporal optical vortex driven high harmonic generation
本文理论研究了完美时空光涡旋驱动的高次谐波产生，证明横向轨道角动量守恒，并利用近场瓣状结构及远场发散特性，为在极紫外波段产生高拓扑荷贝塞尔-高斯时空涡旋光束提供了新途径。
2025-09-08 physics.optics
High-Order Harmonic Generation Driven by Perfect Optical Vortex Beams: Exploring the Orbital Angular Momentum Upscaling Law
本文研究完美光学涡旋光束驱动气相高次谐波产生，验证了谐波发散角相似性和拓扑荷升阶规律，证明其在需要大拓扑荷小核心尺寸时优于拉盖尔-高斯光束，为产生明亮结构化极紫外相干辐射源提供新途径。
2024-09-29 physics.optics
Versatile Non-diffracting Perfect Vortex Beams
涡旋光束在轨道角动量作用下，拉盖尔-高斯光束的存在严重阻碍了虚拟光束从光学操纵到高维量子信息通信的广泛应用，这就要求虚拟光束具有相同的横向尺度和发散度，甚至要求大的光学振幅调制具有小的涡旋环。另一方面，能够克服衍射而不发散的无衍射光束在包括原子光学和医学成像在内的许多应用中是非常令人回味的，并且确实很有吸引力。在这里，我们提出了一个全新的类型的VB具有OAM独立的半径，同时保持无发散的传播不变，以及自我修复的性质，命名为无衍射完美涡旋光束（NDPVB）的理论和实验证明。我们设计了一个基于傅立叶空间分析的多功能工具包，可以任意多维定制NDPVBs，使其具有传播强度和相位可控性，并具有自加速，自相似和自旋转等有趣的可定制行为。这超越了将横向平面定制为结构化光束中的更高维传播特性。对内部流动的深入理解揭示并证实了NDPVBs的多维定制是通过诱导相应的多维内部流动来控制的，有助于我们理解我们的传播特性设计方案如何操纵内部流动，揭示结构光束的结构形成和行为转变的本质。
2022-09-01 physics.optics
Optical Rankine Vortex
利用经典光学和物理光学方法研究了部分相干光涡旋的朗肯涡旋特性。与完全相干涡旋模式不同，环流不是量子化的。由于复合旋涡场的波动特性，预测了过量环量。基于这些发现，我们提出了一种涡旋恒星干涉仪。
2007-06-30 physics.optics
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
Quasi-perfect spatiotemporal optical vortex with suppressed mode degradation
本文提出利用锥形相位产生模式退化受抑制的准完美时空光学涡旋，保持大拓扑荷下的环形轮廓并抵抗群延迟色散。
2025-02-17 physics.optics
A generalized perfect vortex beam with controllable impulse ring profile
完美光学涡旋（POVs）为解决经典光学涡旋对所携带拓扑荷的强烈依赖性所带来的困境提供了一种可能的解决方案。本文提出并论证了一类脉冲环轮廓可控的广义POVs。特别地，提出了一种两侧各有两个亮环的“绝对”暗粒子光学薄膜，它沿暗脉冲环提供了一个理想的环形势阱，可以稳定地捕获低折射率粒子、细胞或量子气体等。以及具有可控脉冲环轮廓的POVs。这项工作开辟了新的可能性，任意重塑脉冲环轮廓完美的漩涡，这种类型的新型POVs将丰富的功能的光学涡旋，它应该是高度的兴趣，其潜在的应用在光学操纵，量子和经典的光通信，增强光学成像，以及新颖的结构泵浦激光器等。
2019-10-17 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
Localization and migration of phase singularities in the edge-diffracted optical-vortex beams
当具有光学涡旋的圆对称光束在具有锐边的不透明屏上衍射时，光学涡旋芯偏离光轴，并且在m电荷入射的情况下，光学涡旋芯分解为|m|单电荷。通过数值模拟，并以拓扑荷数|m| =1，2，3的入射光束为例，我们发现，当屏幕边缘单调地向光轴方向移动时，衍射光束截面中的光阀沿螺旋状轨迹远离入射光束轴。轨迹包含精细的结构细节，反映了衍射光束的性质和特殊的空间配置。对于库默尔光束的衍射，轨迹包含自交叉和“向后”旋转（环）的区域;在拉盖尔-高斯光束的情况下，轨迹更平滑。数值结果得到了解析近似的支持，并与实验相符。轨迹的一般形状及其局部行为对衍射条件（衍射光束的空间结构，其相对于屏幕边缘的布置等）具有很高的敏感性，其可用于不同的MEMS应用中。
2016-05-22 physics.optics
Phase gradient protection of stored spatially multimode perfect optical vortex beams in a diffused rubidium vapor
在热汽泡中，利用电磁感应透明（EIT）技术对完美光涡旋（EIT）和空间多模完美光涡旋（MPOV）光束进行了光存储实验研究。特别是，我们研究的作用，相位梯度和相位奇点在减少模糊的检索图像由于原子扩散。列举了三种表现来说明这种效果。首先，环宽度展宽的抑制是更突出的具有较大的轨道角动量（OAM）的POV。第二，反演的双环MPOV光束轮廓呈现出规则的暗奇异性分布，这与它们的涡旋电荷差有关。第三，通过设计具有相同OAM数但相邻环之间的$π$偏移相位的多环MPOV之间的线相位奇异性，显著提高了三环MPOV的存储性能。我们对MPOV存储的实验演示为通过空间复用增加量子存储器中的数据容量以及复杂光学涡旋阵列的生成和操纵提供了新的机会。
2021-09-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Correlations in scattered perfect optical vortices
本文研究了理想涡旋光束散射产生的散斑图中的相关性，并利用它们产生了一类新的相干函数，即贝塞尔相干函数。高阶（零）阶贝塞尔相干函数已实现的交叉（自）相关的散斑图案之间的散射的完美的涡旋光束的不同的订单。我们还研究了所产生的贝塞尔相干函数的传播，并表征了它们的发散相对于其第一环的半径为不同的阶数m=0- 4。我们观察到，发散度随相干函数的阶数线性变化。给出了散斑图自相关函数和互关联函数的精确解析表达式。我们的实验结果与分析结果吻合得很好。
2020-02-04 physics.optics
Trajectories and orbital angular momentum of necklace beams in nonlinear colloidal suspensions
最近，我们预测了在具有指数饱和非线性的非线性胶体悬浮液中传输的光学涡旋孤子的调制不稳定性导致项链光束的形成[S.~ Z.~ Silahli，W.~ Walasik和N.~ M.~ Litchinitser，Opt.~信件：\textbf{40}，5714（2015）]。在这里，我们调查的NB的形成和传播的动力学，并表明，NB形成的距离取决于输入功率的涡旋光束。此外，我们表明，NB的轨迹不一定是相切的初始涡环，并且它们的速度有组件来自光束衍射和光束轨道角动量。我们还演示了扭曲孤子的产生，并分析了损耗对其传播的影响。最后，我们研究了项链光束和扭曲光束中的轨道角动量守恒。我们的研究，在理想的无损介质中进行，并在现实的胶体悬浮液中的损失，NB动力学提供了详细的描述，并可能是有用的在高散射胶体和生物样品中的光传播的研究。
2017-03-28 physics.optics
Polygonal Spatiotemporal Optical Vortices Wavepackets with Prescribed Vortex Structure
University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）；Westlake University（西湖大学）；Pusan National University（釜山国立大学）；Zhejiang Key Laboratory of 3D Micro/Nano Fabrication and Characterization, Department of Electronic and Information Engineering, School of Engineering, Westlake University（西湖大学工程学院电子信息工程系三维微纳加工与表征浙江省重点实验室）；Westlake Institute for Optoelectronics（西湖光电研究院）
本文提出并实验展示了具有预设涡旋结构的多边形时空光涡波包，通过时空全息成形方法实现对光涡几何和分布的精确控制。
2025-12-18 physics.optics
Zernike Mode Sorting with Vortex Phase Filters: Perfect Coronagraphs and Ideal Wavefront Sensors
本文提出一种基于涡旋相位滤波器的泽尼克模式排序架构，可实现无损无串扰的波前传感与日冕仪，达到量子灵敏度极限，助力系外行星高对比度成像。
2025-10-24 astro-ph.IM physics.optics
Singular skeleton evolution and topological reactions in edge-diffracted circular optical-vortex beams
圆形光学涡旋（OV）光束的边缘衍射改变了其奇异结构：多电荷轴向OV分裂成一组单电荷，形成衍射光束的“奇异骨架”。束截面中的OV位置取决于传播距离以及相对于入射束轴的边缘位置，并且当这些参数中的一个或两个改变时，OV芯描述规则的轨迹。然而，轨道并不总是连续的;它们可能伴随着拓扑反应，包括新奇点的出现，它们的相互作用和湮灭。基于Kirchhoff-Fresnel积分，研究了拓扑荷|m| =2和3的衍射库默尔光束和拉盖尔-高斯光束的奇异骨架行为。我们揭示的轨迹的不连续性和其他拓扑事件的奇异骨架的演变，似乎是高度敏感的入射光束的属性和衍射条件的性质。OV轨迹变得不连续的条件和实现这一点的机制进行了讨论。基于数值计算的结论得到了OV光束衍射的渐近解析模型的支持。所得结果可用于光学参量的测量和光学参量的诊断。
2017-05-19 physics.optics
Long-range optical pulling force device based on vortex beams and transformation optics
本文提出了一种利用涡旋光束和基于变换光学原理设计的装置通过保角变换产生远距离光拉力的方法。该装置的工作原理是将输入的理想涡旋光束转换成几乎非傍轴的平面波，并通过最大化光束的前向动量来产生拉力。对该器件进行了三维全波分析，并采用麦克斯韦应力张量法计算了光学力。模拟结果与理论计算结果吻合良好。
2019-01-11 physics.optics
Enhancement of spin-orbit interaction and nearly perfect spin-conversion by 1D photonic crystal with the anisotropic defect layer
本文研究含各向异性缺陷层的一维光子晶体中的自旋轨道相互作用，发现涡旋产生效率接近50%、任意入射角下自旋霍尔位移增强，以及正常与异常模式自旋转换效率接近100%。
2024-02-24 physics.optics
Evolution of the phase singularities in edge-diffracted optical-vortex beams
本文从理论和实验两方面研究了当屏幕边缘在横向平面内从光束边缘向轴线方向永久平移时，边缘衍射光涡旋光束在固定截面内振幅零点的迁移。一般来说，振幅零点（光学涡核）描述螺旋状轨迹。当屏幕边缘均匀前进时，振幅零点的运动并不平滑，有时会显示出非常高的速率，这给人一种从一个位置到另一个位置的瞬时“跳跃”的印象。我们分析了这些跃迁的性质、条件和机制，并指出它们与涉及光涡旋偶极子的“出生-湮灭”拓扑反应有关。
2016-05-22 physics.optics
Generation of composite vortex beams by independent Spatial Light Modulator pixel addressing
合成光束是一种叠加的结果，是研究轨道角动量及其效应的一种很有前途的方法。由于空间光调制器（SLM）的广泛应用，它们具有吸引力且易于获得。本文提出了一种生成高对称性复合涡图的简单方法。我们的方法简单，灵活，并提供完美的对齐光束，对机械振动不敏感。该方法基于在要叠加的相位图案之间分割SLM单元的能力。这种方法允许控制这些结构之间的强度关系，使它们能够旋转，并且能够叠加两个以上的这种结构。在本文中，我们研究它的能力，产生叠加的两个光学涡旋的理论和实验结果。
2019-09-26 physics.optics
Vortex-Free Intrinsic Orbital Angular Momentum
本文提出无涡旋内禀轨道角动量框架，利用自加速光束焦散几何和弯曲坡印廷矢量流线产生OAM，统一传统涡旋与无涡旋OAM，并展示其在光力学和光流控中的应用潜力。
2025-07-21 physics.optics
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
Perfect Spatiotemporal Optical Vortices
针对时空光学涡旋空间时间维度受拓扑荷限制的问题，提出完美时空光学涡旋，其直径与拓扑荷无关，并实现涡旋晶格的灵活操控。
2025-01-20 physics.optics
Optical vortex trajectory of the edge-diffracted single-charged Laguerre-Gaussian beam
本文研究了单束带电拉盖尔-高斯光束的束腰外边缘衍射。基于基尔霍夫-菲涅耳积分，分析了屏幕直边连续阻挡光束时光学涡旋的迁移行为。揭示了确定OV螺旋轨迹形状的衍射光束参数的普遍组合。导出了描述OV位错随束流屏蔽度变化的参数方程。此外，螺旋轨迹，它描述的情况下，屏幕边缘的入射光束的衍射扰动的条件下，通过运动的OV位置，得到。结果表明，在光束参数变化一定的区间内，选择衍射扰动范围较宽的方程作为最佳匹配函数。为解决衍射反问题：由光涡旋的迁移轨迹确定光束与障碍物衍射相互作用的参数奠定了基础。
2020-11-08 physics.optics
Phase-conjugation of the isolated optical vortex using a flat surfaces
提出了一种利用非全息技术获得孤立光涡旋相位共轭螺旋干涉图样的稳健方法。结果表明，由于光子的动量$\vec p \approx \hbar \vec k$相对于光子的轨道角动量投影$L_z$的转动，可以通过偶数次反射实现线偏振态下涡旋的完美波前反转。可能的实验实现基于共焦光学$loop$腔内的类似$catseye-prism$的反射。另一种方案包含嵌入在光学$loop$中的Dove棱镜，其具有来自反射镜的奇数次反射。这种$confocal$干涉技术可应用于光镊、原子阱、Sagnac激光环和超材料的制备。
2014-08-14 nlin.PS physics.optics
Vortex ring refraction at large Froude numbers
我们已经实验研究了一个最初的平面轴对称涡环的影响，在一个倾斜的角度入射，在重力引起的界面分离两种不同密度的流体。碰撞后，涡环被发现表现出各种后续的轨迹，我们组织根据入射角，$θ_i$，和界面强度，定义为阿特伍德和弗劳德数，$A/F$的比率。对于掠入射角（$θ_i \gtrsim 70$ deg.）涡流从界面穿透或反射，这取决于界面是弱还是强。在某些情况下，反射涡流在最终解体之前执行阻尼振荡。对于较小的入射角（$θ_i \lesssim 70$ deg.）涡流穿透界面。当有一个强界面时，观察到这些旋涡弯曲回界面。当存在弱界面时，观察到这些涡旋向下运动，远离界面。临界界面强度由$\log_{10}{(A/F)}= -2.38 \pm 0.05$给出，低于临界界面强度时观察到涡环折射。
2010-06-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.optics
