Compact sorting of optical vortices by means of diffractive transformation optics
光的轨道角动量（OAM）作为一种新的自由度，最近引起了越来越多的兴趣，以增加当今光网络的自由空间和光纤传输的信息容量。在这里，我们提出了我们的工作的设计，制造和光学特性的衍射光学元件的紧凑型OAM模式分割解复用的基础上的光学变换。样品已制作与3D高分辨率电子束光刻的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）抗蚀剂层旋转在玻璃基板上。它们的高紧凑性和高效率使这些光学器件有望集成到电信应用中的OAM模式处理的下一代平台中。
2016-10-24 physics.optics
OAM-mode sorting with a wavefront twister
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；The University of Tokyo（东京大学）
本文提出一种基于波前扭旋器的OAM模式排序装置，通过该元件与透镜组合，将OAM模式映射到透镜后焦平面的不同半径环内，实现高维OAM模式的高效排序。
2026-04-30 physics.optics quant-ph
Efficient Sorting of Free Electron Orbital Angular Momentum
提出了一种利用轨道角动量对电子进行分类的方法。现在存在几种方法来制备OAM状态的电子波函数，但没有开发出有效的技术，并行测量纯和混合电子OAM状态。该技术的灵感来自最近的演示排序的OAM通过模态变换。我们表明，同样的转换可以进行静电电子光学元件。具体来说，我们表明，带电针和电极阵列进行必要的轨道角动量状态排序的转换和相位校正。该装置可以实现非弹性散射电子的空间模式分布的分析。
2016-09-28 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Efficient sorting of orbital-angular-momentum states with large topological charges and their unknown superpositions via machine learning
携带轨道角动量（OAM）的光束由于其无界的状态空间在光操纵和光通信中起着重要的作用。然而，有效地区分具有大拓扑电荷的OAM模式仍然具有挑战性，因此通常仅使用一小部分OAM状态。在这里，我们证明了神经网络可以被训练来对具有大拓扑电荷和未知叠加的OAM模式进行排序。使用模拟和实验中推广的OAM模式的强度图像作为输入数据，我们说明了我们的神经网络具有很大的泛化能力，以高精度识别超出训练区域的大拓扑电荷的OAM模式。此外，训练好的神经网络可以正确地分类和预测任意叠加的两个OAM模式与随机拓扑电荷。我们的机器学习方法只需要一小部分实验样本，大大降低了实验成本，这为研究OAM物理和在实际应用中增加OAM光束的状态空间铺平了道路。
2021-05-28 cond-mat.dis-nn physics.optics quant-ph
All-in-fiber dynamic orbital angular momentum mode sorting
提出并实验演示了首个具有超快动态可重构性的全光纤OAM模式分选方法，通过将OAM模式分解为LP模式并干涉重组以确定拓扑电荷，实现了低损耗的模式分选与超快路由，适用于经典与量子信息处理。
2023-06-28 physics.optics quant-ph
Near-Perfect Sorting of Orbital Angular Momentum and Angular Position States of Light
我们提出了一种新的方法，用于有效地排序的光子准备状态的轨道角动量（OAM）和角位置（ANG）。对数极坐标光学变换与全息分束方法相结合，以实现更好的模式歧视和减少串扰比以前报道的。对7种模式进行了模拟，计算出OAM和ANG模式的互信息分别为2.43比特/光子和2.29比特/光子。此外，我们提出了这种技术的实验实施的初步结果。该方法在高维量子密钥分发系统中具有重要的应用前景。
2012-11-29 physics.optics quant-ph
Sorting photons by radial quantum number
拉盖尔-高斯（LG）模构成了描述自由空间中傍轴光子场横向结构的完整基组。早期的工作者已经展示了如何构建一种设备，用于根据其方位角LG模式指数对光子进行分类，该指数描述了场携带的轨道角动量（OAM）。在本文中，我们提出并证明了一种模式分选的分数傅里叶变换（FRFT）的基础上，有效地分解光场根据其径向轮廓。我们的实验性能的特点，我们的实施分离个别径向模式以及叠加态。所报道的方案原则上可以实现单位效率，因此可以适用于涉及光的量子态的应用。这种方法可以很容易地与现有的OAM模式分类器相结合，以提供光场的横向轮廓的完整表征。
2017-11-22 physics.optics quant-ph
Sorting quantum systems efficiently
测量量子系统的状态是量子力学中的一个基本过程，在量子信息和量子技术中起着至关重要的作用。测量量子可观测量的一种方法是根据测量值将系统分类到不同的空间模式中，然后在每个模式上使用单粒子探测器。量子分选器的例子是偏振分束器（PBS）-根据光子的偏振引导光子-和Stern-Gerlach设备。本文提出了一种根据任意$d$维自由度（如自旋、轨道角动量、波长等）的大小对量子系统进行排序的一般方案，该方案具有普适性，工作在单粒子水平，理论效率为100%.作为一个应用，我们设计了一个有效的OAM分选机组成的一个单一的多路干涉仪，这是适合于光子芯片的实现。
2016-05-04 physics.optics quant-ph
Total angular momentum sorting in the telecom infrared with silicon Pancharatnam-Berry transformation optics
轨道角动量（OAM）和偏振的并行排序最近在从电信到高维量子密码学的广泛领域中获得了极大的重要性和兴趣。由于其固有的偏振敏感的光学响应，作用于几何相位的光学元件被证明对于借助于单个光学平台处理具有正交偏振状态的结构化光束是有用的。在这项工作中，我们提出了设计，制造和测试的Pancharatnam-Berry光学元件在硅实现对数极化光学变换在1310 nm的OAM分选机的实现角动量和线性动量状态之间的保角映射的基础上。超颖表面以连续变化的亚波长光栅的形式实现，从而在相位图案的定义中提供高分辨率。一个混合装置被制造组装的超表面的几何相位控制与多级衍射光学的偏振无关的操纵的动态相位。光学表征证实了同时分选轨道角动量和圆偏振的能力。
2019-02-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Orbital-angular-momentum free-space optical communication via the azimuthal phase-shift
利用光的轨道角动量（OAM）的自由空间光通信最近由于OAM模式的无限希尔伯特空间固有的潜在巨大带宽而引起了极大的兴趣。不幸的是，由于大气湍流（AT），OAM光束遭受严重的失真，这已经成为限制基于OAM的自由空间通信的进步的主要因素。在这里，我们提出并证明了一个自由空间通信方案-使用OAM波束和他们的方位角模式相移键控（OAM-APSK）-这是弹性AT引起的失真。与数字全息模式分选（DHMS）技术相结合，所提出的方法是能够实现高的信噪比，并保持低的模式串扰，即使是非常强的湍流条件下，幅度显着超过现有的AT缓解方法。演示的OAM-APSK和DHMS方案现在可能为基于OAM的自由空间光通信开辟了一条伟大的途径，可以优雅地解决大气湍流带来的长期挑战。
2019-10-01 eess.SP physics.optics
Realization of a scalable Laguerre-Gaussian mode sorter based on a robust radial mode sorter
光的横向结构被认为是一种可用于将信息编码到光子上的资源，并且已被证明对增强通信能力以及在超分辨率成像中分辨点源是有用的。拉盖尔-高斯（LG）模式形成完整的正交基组，并由径向指数p和轨道角动量（OAM）指数l描述。早期的工作已经展示了如何为LG模式的径向索引p或/和OAM索引l构建排序器，但同时确定p和l的可扩展且专用的LG模式排序器还不成熟。在这里，我们提出并实验证明了一个方案，以完成完整的LG模式排序，它包括一个新的，强大的径向模式分类器，可用于耦合径向模式的偏振，一个依赖于l的移相器和OAM模式分类器。我们的方案在原则上是高效的，可扩展的，和无串扰，因此在光通信，量子信息技术，超分辨成像，和纤维光学的应用潜力。
2018-09-27 physics.optics
Intelligent Mode Sorting in Turbulence with Task-Dependent Optical Neural Networks
本研究提出任务相关光学神经网络设计，利用物理配置的多模光纤储层分类OAM模式，在湍流下优于理想分解20.32%，降低数字信号处理负担。
2025-09-25 physics.optics
High-dimensional quantum cryptography with twisted light
量子密钥分发（QKD）系统通常依赖于光的偏振来进行编码，从而限制了每个光子可以发送的信息量，并且对这种系统可以容忍的错误设置了严格的界限。在这里，我们描述了一个原理验证实验，表明基于光场的横向结构的高维QKD的可行性，允许每个光子传输超过1比特。我们的实现使用光子的轨道角动量（OAM）和相应的角位置（ANG）的相互无偏的基础。我们的实验使用了一个数字微镜设备，用于快速产生OAM和ANG模式在4 kHz，和模式分类器能够分选单光子的OAM和ANG含量的基础上，分离效率为93\%。通过使用一个7维字母编码的OAM和ANG基地，我们实现了2.05位每筛选光子的信道容量。我们的实验表明，除了具有增加的信息容量，基于空间模式编码的QKD系统将更宽容的错误，从而更强大的窃听攻击。
2014-10-06 physics.optics quant-ph
Evolutions of ring Airy vortex beam and ring Pearcey vortex beam in turbulent atmosphere and a comparative analysis of their channel efficiencies and OAM spectra
该研究对比了环形Airy涡旋光束与环形Pearcey涡旋光束在不同强度湍流大气中复用/非复用场景下的传输特性，分析了信道效率与OAM谱差异，为湍流环境下的OAM光通信提供参考。
2024-08-17 physics.atm-clus physics.optics
A general framework for conformal transformations in electron optics
log-pol变换的实现最近在带电物质涡旋的电子光学中引入了一个新的推动力，允许在线性和轨道角动量（OAM）状态之间进行共形映射并测量它们。这种坐标变换属于Hossack变换的一般框架，最近已经通过静电元件有效地实现了。在这封信中，我们表明，这是一个一般的属性，这些共形变换产生的谐波相位元素，因此承认在电子光学方案中的静电实现。我们考虑一种新的保角映射，圆扇区变换，这是最近推出的OAM乘法和除法在光学，并讨论它是如何表示拉普拉斯方程的一般解，显示出类比的生成相元素与投影多极场和线性电荷分布。此外，我们证明了它的能力，执行多极波前的排序，发现一种新颖有效的方法来测量的强度和方向的偶极子场在一个快速，紧凑和直接的方式。
2020-03-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Single Plane Spatial Mode Sorter
Tel-Aviv University（特拉维夫大学）
本文提出一种单平面设备，可高效分离多种空间模式，包括Hermite-Gaussian、Laguerre-Gaussian等，且交叉干扰极低，适用于经典和量子光应用。
2026-04-15 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Chip-to-chip optical multimode communication with universal mode processors
本文提出基于可编程4×4 MZI网络的通用模式处理器芯片，实现LP与OAM模式的智能产生、分类及25 Gbit/s芯片间MDM通信。
2023-06-20 physics.app-ph physics.optics
