Mode structure and orbital angular momentum of spatiotemporal optical vortex (STOV) pulses
我们确定了一类时空光涡旋（STOV）电磁脉冲在色散介质中传播的模式解，其中轨道角动量（OAM）与传播方向正交。我们发现，对称的STOV在真空中可以进行半整数固有轨道角动量（OAM），一般的非对称STOV在色散介质中，OAM是量化的整数倍的参数，取决于STOV对称性和群速度色散。我们的研究结果表明，在色散介质中传播的STOVs伴随着极化激元类准粒子。模态理论与STOVs自由空间传播的测量结果非常吻合。
2021-07-21 physics.optics
Generation of ultra-intense spatiotemporal optical vortex
针对当前时空光涡旋（STOV）脉冲能量受限的问题，结合高峰值功率激光装置的大尺寸光栅对提出超高强度STOV产生方法，数值模拟验证远场可生成高能量完整结构波包，原理实验获1.1 mJ STOV并完成表征。
2025-08-20 physics.optics
Comment on "Mode Structure and Orbital Angular Momentum of Spatiotemporal Optical Vortex (STOV) Pulses"
本文指出一篇STOV脉冲横向OAM研究论文存在数学错误与概念误读，澄清其计算结果仅为内禀贡献，且所用算符非厄米。
2024-03-01 physics.optics
Transverse Shifts and Time Delays of Spatiotemporal Vortex Pulses Reflected and Refracted at a Planar Interface
光束在平面界面反射/折射的横向（霍尔效应）和古斯-汉兴位移是重要的波动现象，光束中存在的固有轨道角动量（OAM）可以显着修改和增强。最近，理论预测和实验产生了携带纯横向本征OAM的光时空涡旋脉冲（STVP）。在这里，我们考虑这样的脉冲在平面各向同性界面的反射和折射。我们发现理论和数值确认新类型的OAM依赖的横向和纵向脉冲移位。值得注意的是，纵向位移可以被视为时间延迟，与众所周知的维格纳时间延迟相反，它出现在没有反射/折射系数的时间色散的情况下。这样的时间延迟允许实现OAM控制的慢（亚光速）和快（超光速）脉冲传播而没有介质色散。这些结果可以有重要的影响，在各种问题中涉及的局部涡态进行横向OAM散射。
2021-08-03 physics.optics
Towards optical toroidal wavepacket through tightly focusing of cylindrical vector two dimensional spatiotemporal optical vortex
携带横向轨道角动量（OAM）的时空光学涡旋（STOVs）由于其新的自由度而受到光学领域的广泛关注。本文首次提出了在x-t和y-t平面上包含两个正交横截面OAM的柱矢量二维STOVs（2D-STOVs），并利用Richards-Wolf矢量衍射理论研究了这种光场的紧聚焦特性。产生了偏振结构类似于环面拓扑的高度受限时空波包，其时空强度分布类似于悠悠球的形状。高度聚焦的径向极化2D-STOV将产生朝向横向磁环形拓扑的波包，而聚焦的方位极化2D-STOV将产生朝向横向电环形拓扑的波包。该方法为在实验上可控地产生光学环形波包奠定了基础，在电子加速、光子学、能源、瞬态光-物质相互作用、光谱学、量子信息处理等方面具有潜在的应用价值。
2022-02-23 physics.optics
Distinguishing orbital angular momenta and topological charge in optical vortex beams
本文讨论了具有任意空间相位分布光束的经典轨道角动量和拓扑荷与局域缠绕密度的关系。本文对非圆柱对称光学涡旋进行了分析，并首次从实验上证明了光学涡旋的振幅和温度系数可能有不同的值。新方法还提供了一个系统的方法来确定在任意OV的TC和OAM测量的不确定度。
2014-02-13 physics.optics
On-chip spatiotemporal optical vortex generation using an integrated metal-dielectric resonator
本文提出在介质平板波导中利用埋入式金属-介质集成结构反射光脉冲以产生片上时空光学涡旋，并通过推导矢量时空传递函数和数值模拟验证了该方法的可行性。
2023-08-22 physics.optics
Spatiotemporal vortex strings of light
本研究成功生成含28个时空光学涡旋的涡旋弦，揭示其衍射规则，实现并行生成与检测，为光通信和量子信息处理开辟新途径。
2023-05-15 physics.optics
Bulk-spatiotemporal vortex correspondence in gyromagnetic double-zero-index media
本文实验实现了一类旋磁双零折射率超材料，发现并证明了体-时空涡旋对应关系，并据此确定性生成具有固定中心频率和动量的光学时空涡旋脉冲，连接了零折射率光子学、拓扑光子学与奇点光学。
2024-08-12 physics.optics
Spin-orbit coupling within tightly focused circularly polarized spatiotemporal vortex wavepacket
自旋-轨道耦合和相互作用作为光场的本征特性已被广泛研究。以往的研究涉及到圆偏振携带的自旋角动量（SAM）和与光束截面内的螺旋相位波前相关的轨道角动量（OAM），其中SAM和OAM都与传输方向平行。本文研究了在紧聚焦条件下，时空光学涡旋（STOV）波包携带的纵向SAM和横向OAM之间的一种新型自旋轨道耦合。当圆偏振STOV波包被高数值孔径物镜聚焦时，会形成复杂的时空相位奇异结构。对于横向偏振分量，由于纵向SAM和横向OAM之间的耦合，相位奇点取向可以显著地远离横向方向朝向光轴倾斜。揭示了旋转量与波包时间宽度之间的关系。更有趣的是，时空相位奇异性结构的连续演化，从纵向到横向方向通过波包观察到的纵向偏振分量。这些奇异的自旋-轨道耦合现象在应用于光物质相互作用时，有望产生新的效应和功能。
2021-03-17 physics.optics
Spatiotemporal optical vortex solitons: Dark solitons with transverse and tilted phase line singularities
描述了自散焦克尔介质中的涡旋孤子（暗孤子），其相位线奇异性不平行于传播方向，而是垂直或倾斜几乎任意角度，这取决于介质的线性色散。这些孤子将实验中观察到的时空光学涡旋扩展到非线性领域，为光学涡旋的实际应用开辟了新的前景。
2021-07-30 nlin.PS physics.optics
Generation of Spatiotemporal Vortex Pulses by Simple Diffractive Grating
本文提出仅用简单衍射光栅，在频率-动量空间借助对称性、共振与衍射构建相位涡旋，从而产生时空涡旋脉冲，并在液体表面波平台上实时观测其生成与演化。
2023-09-29 physics.class-ph physics.optics
Stable spatial and spatiotemporal optical soliton in the core of an optical vortex
我们证明了一个强大的，稳定的，移动的，二维（2D）的空间和三维（3D）的时空光孤子的核心的光涡旋，而所有的非线性立方（克尔）型。三维孤子可以沿涡旋核以恒定速度传播，而不发生任何形变。数值研究了小扰动下孤子的稳定性。两个沿涡核运动的孤子在中等速度下会发生准弹性碰撞。讨论了在涡旋光束中形成二维空间孤子的可能性。
2015-11-02 nlin.PS physics.optics
Photonic Cyclone: spatiotemporal optical vortex with controllable transverse orbital angular momentum
今天，众所周知，光具有沿着传播方向的线性动量。此外，科学家们还发现，光可以具有角动量（AM），与圆偏振相关的自旋角动量（SAM）和由于方位角相关相位的轨道角动量（OAM）。尽管这样的角动量一般是纵向的，但与传播方向成横向的SAM已经开辟了各种关键应用[1]。相比之下，横向OAM的调查是相当罕见的，由于其复杂的性质。在这里，我们展示了一个简单的方法来产生一个三维（3D）的光学波包与可控的纯横向OAM。这样的波包是时空（ST）涡旋，其类似于前进的旋风，具有在空间和时间维度中流动的光能。与横向SAM相反，由光子旋流器携带的横向OAM的大小可以通过简单的调整缩放到更大的值。由于ST涡流在独特的横向维度上携带可控的OAM，因此它具有很强的潜力，可以用于其他可能不可能的新应用。该方案可适用于其它谱域和不同波场，为ST涡旋在更广范围内的研究和应用提供了巨大的机会。
2019-08-31 physics.optics
Enhanced spatiotemporal optical vortices and vortex chains from Hermite-Gauss modes with a tilted pulse front
本文提出聚焦带脉冲前倾斜的脉冲 Hermite-Gaussian 光束以产生椭圆形 STOV 或涡旋链，利用空间啁啾增强横向轨道角动量并显著增大纵向场，从而简化 STOV 产生方案。
2025-05-14 physics.optics
Near-focus intensity evolution of spatiotemporal optical vortex pulses and consequences for their nonlinear upconversion
Université Paris-Saclay, CEA, LIDYL（巴黎萨克雷大学、法国原子能和替代能源委员会、激光与物质相互作用实验室）
本文研究时空光学涡旋（STOV）脉冲的近焦强度演化，发现其圆对称STOV形成位置与峰值强度位置存在纵向偏移，据此可在STOV实际位置外几个瑞利长度处最大化二次谐波产额，为非线性光学实验提供指导。
2026-10-14 physics.optics
Goos-Hänchen and Imbert-Fedorov Shifts of Vortex Beams at Air-Left-Handed Material Interfaces
本文系统地研究了傍轴涡旋光束在空气-左手材料界面上的光束位移和角动量。结果表明，在空气-左手材料界面上，Goos-Hänchen（GH）和Imbert-Fedorov（IF）的空间位移与空气-右手材料界面上的空间位移相同，而GH和IF的角位移相反.傍轴涡旋光束的空间位移和角位移分别来源于横向角动量和横向线动量。在空气-左手材料界面处，由于横向角动量和z分量线动量的反转，空间GH和IF位移保持不变，而由于z分量线动量的反转和横向线动量的不反转，空间GH和IF位移发生反转。此外，我们还对自旋-轨道角动量转换和轨道-轨道角动量转换进行了定量分析，这有助于我们进一步理解涡旋光束在空气-左手介质界面上移动的本质及其与空气-右手介质界面上移动的根本区别。
2012-04-26 physics.optics
Efficient generation of intense spatial and spatiotemporal vortex harmonics using plasma mirrors
针对等离子体镜产生涡旋谐波能量转换效率低的问题，提出添加相对论高斯泵浦光束作为能量源，通过模拟证明可将转换效率提升数个数量级，并能独立控制谐波的频率与轨道角动量。
2023-11-23 physics.optics physics.plasm-ph
Probing Internal Dynamics of Spatiotemporal Optical Vortex Strings: Spatiotemporal Attraction and Filament Stretching
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Tianjin University（天津大学）；Chongqing University of Technology（重庆理工大学）
本研究首次揭示了单个波包内横向时空奇点的动力学，通过时空吸引效应和反涡流引入，观察到涡旋振荡与丝状拉伸现象，提出FIRST方法实现单次拍摄。
2026-02-10 physics.ins-det physics.optics
Elastic collision and breather formation of spatiotemporal vortex light bullets in a cubic-quintic nonlinear medium
研究了在聚焦立方非线性大于临界值和任意散焦五次非线性的情况下，三维时空涡旋光弹在五次-五次非线性介质中的静态和动态特性.本研究是基于解析变分近似和三维非线性薛定谔方程的全数值解。三维涡弹可以以恒定速度传播。涡弹的稳定性建立数值和变分。考虑两个沿角动量轴运动的涡弹碰撞问题。在大速度下，碰撞是准弹性的，碰撞后子弹几乎没有变形。两颗子弹以较小的速度结合在一起形成一个单一的实体，称为呼吸器。
2017-04-03 nlin.PS physics.optics
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
Dynamic Spatiotemporal Beams that Combine Two Independent and Controllable Orbital-Angular-Momenta Using Multiple Optical-Frequency-Comb Lines
本研究通过相干叠加多条携带单l多p LG模式叠加态的光频梳谱线，数值生成了同时具备自转与公转特性、参数可调的高纯度动态时空OAM光束，为结构光调控提供了新途径。
2019-04-30 physics.optics
Spatiotemporal vortex solitons in hexagonal arrays of waveguides
通过系统的数值分析，我们证明了具有立方自聚焦非线性的平行线耦合波导六角晶格可以产生三种稳定的半离散复合体（在纵向上是连续的），嵌入涡量S：S=1的三角形模，S=2的六边形模，两者都以空的中心核为中心，以及S=1的紧凑三角形，其不包括空的位置。研究了稳定三角涡之间的碰撞。这些波导晶格可以在光学和BEC中实现。
2011-05-29 nlin.PS physics.optics
Arithmetic with spatiotemporal optical vortex of integer and fractional topological charges
Indiana University（印第安纳大学）
提出首个光学信息处理流水线，实现时空拓扑荷（整数和分数）的加减运算，并通过成像光谱分析建立读出方法，为玻色子态计算和信息处理奠定基础。
2026-06-12 physics.data-an physics.optics
Optical combs and optical vortices combined for spatiotemporal manipulation of light and matter
在这项研究中，我们首次展示了光梳与光涡旋相结合的概念。结合这两种光源的优点，我们实现了一种用于任意时空相位操纵的光涡旋梳技术。这个想法对应于同时控制的纵向和横向模式的光的基础上的高可控性的光学梳。作为一个概念验证实验，我们应用光学涡旋梳的环形光晶格的产生和旋转控制。此外，为了证明该技术的实用性，使用光学环形晶格作为光镊光演示了微球的旋转光学操纵。在这里，我们提出了一个新的适用性的光梳，利用其特性远远超出了传统的范围。
2020-05-10 physics.optics
Single-shot 3D characterization the spatiotemporal optical vortex via a spatiotemporal wavefront sensor (STWFS)
Key Laboratory of High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术研究中心）；School of Physics, Xi'an Jiaotong University（西安交通大学物理学院）；College of Information Science and Technology, Donghua University（东华大学信息科学与技术学院）
本文提出一种时空波前传感器，实现单次成像三维表征时空光学涡旋，提供高精度相位重建和超快三维诊断。
2025-05-22 physics.ins-det physics.optics
Bulk-to-surface coupling of spatiotemporal vortices
该研究针对时空涡旋脉冲等体时空结构波与表面等离激元极化激元的共振耦合难题，提出三种体-面转换机制，并通过介质棱镜/金属膜界面的数值模拟验证了相关理论。
2025-09-02 physics.optics
Orbital angular momentum of optical, acoustic, and quantum-mechanical spatiotemporal vortex pulses
受光时空涡旋脉冲产生的最新进展的启发，对这种脉冲携带的横向轨道角动量进行了理论讨论。两个最近的作品[K。Y. Bliokh，Phys. Rev. Lett. 126，243601（2021）]和[S. W. Hancock等人，物理修订信函127，193901（2021）]要求保护OAM值，其对于圆形STVP相差2倍。在这里，我们解决了这个争议，表明汉考克等人的结果是正确的总OAM，而Bliokh的结果描述了适当定义的内在部分的OAM。OAM的另一个非本征部分源于这样一个事实，即在脉冲谱中具有相同幅度但不同频率的平面波包含不同密度的光子，即使在具有对称能量密度分布的STVP中，这也会引起光子质心的横向涡旋相关移位。我们描述了类似的声学和量子相对论（克莱因-戈登和任意自旋）STVP的特点。在所有情况下，只有本征OAM保持与问题的细节无关的普遍形式，并且类似于单色涡旋光束的OAM。
2023-03-17 physics.class-ph physics.optics quant-ph
Propagation Dynamics of Photonic Toroidal Vortices Mediated by Orbital Angular Momenta
本文结合仿真与实验研究横向及纵向轨道角动量介导的光子环形涡旋传播，揭示纵向轨道角动量引发涡旋线湮灭、重构并实现真空稳健传输。
2025-05-10 physics.optics
Transverse spin and orbital angular momenta in rotating-wave structured light
本研究证明单色光场中带涡旋的旋转波结构光携带有内禀横向轨道角动量，揭示其横向自旋与轨道角动量密度的非平凡特性，验证了二者局域相互转换、总角动量密度守恒及自旋-动量锁定效应。
2024-06-19 physics.optics
Spatiotemporal optical vortex (STOV) polariton
Institute for Research in Electronics and Applied Physics and Dept. of Physics, University of Maryland（马里兰大学电子研究所与应用物理系及物理系）
研究证实了在介质中存在一种具有横向轨道角动量（tOAM）的新准粒子，并阐明其物理起源，通过光在介质中的 ponderomotive 力诱导的扭矩驱动，即使在弱光场下也能产生。
2025-08-11 physics.optics physics.plasm-ph
Closed forms for spatiotemporal optical vortices and sagittal skyrmionic pulses
本文针对时空光学涡旋（STOVs），通过微分算子作用于复焦点脉冲推导出严格满足麦克斯韦方程组的解析表达式，并利用射线图像解释传播变形，最终提出覆盖所有横向偏振态的矢状面斯格明子脉冲。
2024-06-04 physics.optics
Robust bistable vortex light bullets in graded-index multimode fibers
University of L’Aquila（阿奎拉大学）；Umeå University（于默奥大学）；University of Rochester（罗切斯特大学）；Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）
该研究在梯度折射率多模光纤中，结合变分分析与数值模拟，确立了双稳态涡旋光子弹的存在，分析其稳定性与动力学，为经典和量子信息处理提供了潜在应用基础。
2026-09-01 nlin.PS physics.optics
Generating far-field orbital angular momenta from near-field optical chirality
我们证明，精心设计的纳米结构两侧的薄悬浮金属膜耦合成手性近场光和传输涡旋光束通过一个中心孔，连接膜的两侧。我们展示了如何通过纳米结构设计来定制远场轨道角动量（OAM）指数。我们揭示了至关重要的OAM选择规则所施加的中心孔径和OAM求和规则与实验数据完全一致。
2013-02-04 physics.optics
Integrated Optical Vortex Microcomb
本研究在III-V族集成非线性微谐振器上实现光学涡旋微梳，将光学涡旋与微梳结合，还生成了时变轨道角动量光脉冲，推动集成非线性与量子光子学发展。
2024-03-10 physics.optics
Spatiotemporal torquing of light
本文提出光的时空扭转机制，证明快速瞬态相位扰动或能量移除可向短脉冲转移横向OAM，并用STOV理论解释相关实验。
2023-07-13 physics.optics
Self-focused pulse propagation is mediated by spatiotemporal optical vortices
本研究揭示时空光学涡旋（STOVs）通过拓扑约束调控高强度激光脉冲在非线性介质中的自聚焦传播动力学，其形成演化过程约束脉冲内电磁能流，且该介导作用在等离子体相对论自聚焦与气体非相对论自聚焦体系中均成立。
2024-03-07 physics.optics
Generation of $γ$-photons and pairs with transverse orbital angular momentum via spatiotemporal optical vortex pulse
通过强 STOV 脉冲与高能电子束正面碰撞产生具有 TOAM 的准直 $γ$ 光子与粒子对，揭示了 TOAM 在质心系和实验室系中的守恒与二象性规律，并探讨了其在光通信、天体物理和纳米材料等领域的应用潜力。
2024-03-25 hep-ph physics.optics quant-ph
Spin-orbit interaction of light induced by transverse spin angular momentum engineering
首次证明了倏逝波中的非寻常横向自旋角动量与涡旋光束中的内禀轨道角动量之间的直接相互作用。通过在基于微环的光学涡旋发射器中挖掘回音壁模式的倏逝波并设计其中携带的横向自旋态，预测了所发射的涡旋光束中的角动量的横向自旋到轨道转换。数值和实验研究的证明的原理演示这种非常规的自旋和轨道角动量之间的相互作用，这可能会提供新的可能性和限制的光学角动量操纵技术的亚波长尺度。这种现象进一步引起增强的自旋方向耦合效应，其中波导或表面模式被入射光涡旋单向激发，方向性由自旋轨道状态共同控制。我们的研究结果丰富了自旋-轨道相互作用现象，通过确定一个以前未知的路径之间的偏振和空间自由度的光，并可以使各种功能，如通信和量子信息处理中的应用，采用自旋和轨道角动量的光。
2017-09-28 physics.optics
Construction of Optical Spatiotemporal Skyrmions
本文提出并实验验证了基于横向轨道角动量的皮秒脉冲时空斯格明子，其涵盖所有偏振态且无垂直螺旋扭转，具有更强稳定性，拓展了斯格明子家族并推动光学计量、传感与数据存储应用。
2025-03-10 physics.optics
Energy and photon centroids of spatiotemporal light pulses and consequences for their intrinsic orbital angular momentum
本文统一推导时空光脉冲能量质心与光子密度质心的位置和速度，分析其传播动力学及对内禀横向 OAM 的影响，并指出 STOV 光子并不携带明确定义的横向 OAM 量子。
2025-06-16 physics.optics
Knotted spacetime electromagnetic vortex unlinking and unknotting with vector and scalar reconnections and field twist compensation
Riverside Research（里弗赛德研究所）
研究展示时空涡结可通过自由空间传播实现拓扑变化重新连接，通过向量与标量重新连接及场扭补偿实现电磁量密度的精确补偿。
2026-04-22 physics.optics
Controlled generation of high-harmonic spatiotemporal optical vortices
Université Paris-Saclay, CEA, LIDYL（巴黎萨克雷大学，法国原子能和替代能源委员会，激光动力学与光谱实验室）
本文通过高次谐波产生技术，将定制脉冲整形器产生的红外时空光学涡旋脉冲上转换至极紫外频段，明确其拓扑电荷规律并实现可控产生，为相关光谱学研究提供新工具。
2026-08-04 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
Double-Helix Singularity and Vortex-Antivortex Annihilation in Space-Time Helical Pulses
本文提出时空螺旋脉冲，其携带双螺旋奇点，传播中保持拓扑不变性，并展现涡旋-反涡旋成对产生与湮灭，有望成为优于传统涡旋光的信息载体。
2024-09-20 physics.optics
Orbital angular momentum of spatiotemporal vortices: a ray-mechanical analogy
The Institute of Optics, University of Rochester（罗切斯特大学光学研究所）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊卡巴斯基克，巴斯克科学基金会）；Centre of Excellence ENSEMBLE3 Sp. z o.o.（卓越中心 ENSEMBLE3 有限责任公司）；Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, Institut Fresnel, UMR 7249（艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、中央理工学院马赛分校、菲涅耳研究所）
本文通过机械模型类比，揭示了时空涡旋脉冲的轨道角动量特性，通过非均匀质量分布和半经典涡旋量化条件，实现了对近轴STVPs的OAM结果的精确再现。
2026-01-21 physics.optics
Attosecond helical pulses
我们找到了一个解决方案的波动方程的傍轴近似描述的阿秒脉冲的相位和强度的时空螺旋结构最近产生的高度非线性光学过程驱动的可见光或红外飞秒涡旋脉冲。有一个简单的分析模型，这些螺旋脉冲将极大地促进其预测的应用，特别是它们与物质的相互作用后，其产生的研究。从我们的分析中还可以看出，螺旋脉冲固有的拓扑电荷分散允许击败没有电荷分散的脉冲涡旋的最小持续时间。
2019-08-21 physics.optics
Structuring Polarization States of Light in Space and Time
本研究提出一类新型光时空偏振态，构建广义时空高阶庞加莱球阐明其叠加机制，经飞秒脉冲实验验证偏振演化规律，并拓展生成时空斯格明子纹理，为多维结构偏振场调控及相关光学应用提供通用框架。
2025-09-06 physics.optics
Generation of Quantum Vortex Electrons with Intense Laser Pulses
本文提出利用飞秒强激光与高能电子散射，将光子自旋角动量高效转移为电子轨道角动量，从而把平面波电子扭转为量子涡旋态，为粒子与核物理提供新型相对论轻子源。
2024-08-09 physics.optics
Transverse and longitudinal angular momenta of light
我们回顾了基本的物理和新颖的类型的光学角动量。我们首先从理论上概述了一般光场的动量和角动量特性，并讨论了实验测量方法。特别是，我们描述了众所周知的纵向（即，与平均动量对齐）自旋和轨道角动量。然后，我们专注于横向（即，正交于平均动量）自旋和轨道角动量，这是最近在理论上积极讨论并在实验中观察到的。首先，最近发现的横向自旋角动量出现在各种结构领域：倏逝波，干涉场，和聚焦光束。我们发现存在几种横自旋角动量，它们在起源和物理性质上有很大的不同。我们描述了横向光学自旋的非凡特征，并概述了最近的实验。特别地，边缘倏逝波中固有的与螺旋度无关的横向自旋在光学界面处提供了鲁棒的自旋方向耦合（光的量子自旋霍尔效应）。其次，我们概述了光的横轨道角动量，它可以是外在的和内在的。这两种类型的横向轨道角动量是由光束的空间移位产生的（例如，在光的自旋霍尔效应中）和它们的洛伦兹增强。我们的评论是基于正则动量和自旋密度的光的角动量的统一理论的基础上，避免了与分离的自旋和轨道角动量的坡印亭图片的并发症。它使我们能够构建全面的分类所有已知的光学角动量的基础上，他们的关键参数和主要的物理性质。
2015-06-30 physics.optics
Photonic orbital angular momentum with controllable orientation
涡旋是自然界中常见的旋转扰动，从玻色-爱因斯坦凝聚体中的极小尺度到螺旋星系中的宇宙学上的巨大尺度。通常与螺旋相位相关联的光学涡旋可以携带轨道角动量（OAM）。如果螺旋相位在空间域中扭曲，则光学OAM可以在纵向方向上，或者如果相位在时空域中旋转，则光学OAM可以在横向方向上。在这篇文章中，我们展示了时空涡旋和空间涡旋在波包中的交叉。作为这种交叉的结果，波包承载倾斜的OAM，其向利用光子的OAM的应用提供额外的自由度。
2021-08-08 physics.optics
Mapping the near-field spin angular momenta in the structured surface plasmon polaritons field
受限电磁场中的光自旋角动量与自由空间中的光自旋角动量有着显著的差异，特别是与能量传播方向锁定的光横自旋为单向输运、量子自旋霍尔效应、光子Skyrmion、为了研究自旋-轨道相互作用背后的物理机制以及发展基于自旋的光学应用，揭示受限场中的自旋织构是至关重要的，然而，由于它们的手性和近场矢量特征，它面临挑战。在这里，我们提出了一种扫描成像技术，可以映射的非手性介质纳米球的光学自旋角动量的近场分布。利用所提出的扫描成像技术可以在实验上揭示垂直于界面的自旋角动量分量，并利用实验结果从理论上重建三维自旋矢量。实验证明的例子，表面等离子体激元激发的各种矢量涡旋光束下的紧聚焦配置，其中的自旋轨道相互作用出现清楚。该方法简单、精度高，可用于重构Skyrmion等光子拓扑结构，对近场自旋光学和拓扑光子学的研究具有重要意义.
2020-06-17 physics.optics
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
Spin and Orbital Angular Momenta of Electromagnetic Waves: From Classical to Quantum Forms
本文系统梳理电磁波的自旋与轨道角动量在有源、无源及经典、量子情形下的形式，并通过谱方法数值演示经典涡旋光束拓扑荷的提取。
2024-03-03 math-ph math.MP physics.app-ph
