Orbital-angular-momentum dependent speckles for spatial mode sorting and multiplexed data transmission
本文研究涡旋光束透过毛玻璃散射片后形成的OAM依赖散斑，发现互相关环带尺寸由拓扑荷差决定，并据此实现OAM模式分选及OAM编码数据传输解复用。
2023-10-27 physics.optics
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
Experimental proposal of a mode sorter for vector vortex beams of arbitrary order
本文提出基于三光学腔和轮廓旋转器的实验方案，利用模式对称性实现任意阶矢量涡旋光束四个模式的逐级分选，为高维量子信息处理等应用奠定基础。
2025-11-10 physics.optics
Spatially and spectrally resolved orbital angular momentum interactions in plasmonic vortex generators
理解产生光学轨道角动量（OAM）的近场电磁相互作用是将扭曲光集成到纳米技术中的核心。在这里，我们研究的阴极射线发光（CL）的等离子体涡流进行OAM产生的螺旋纳米结构，通过扫描透射电子显微镜（STEM）。纳米螺旋几何形状定义了由STEM-CL采样的光子局域态密度（LDOS），其提供了对具有纳米空间和meV光谱分辨率的等离子体涡旋的相位和振幅的访问。我们映射螺旋结构中的等离子体涡旋的全光谱色散，并研究增加拓扑电荷对检测到的CL信号中的等离子体相位和振幅的影响。漩涡映射在CL在一个广泛的光谱范围内，和近场光学签名的预测和检测到的位置之间的偏差高达5%的观察。最后，增强的发光观察到从同心螺旋旋向相反的旋向的同心螺旋相比，从同心螺旋旋向，表明潜在的耦合等离子体涡旋手性纳米结构的光学OAM的灵敏检测和操作。
2017-05-30 physics.optics
Off-axis vortex beam propagation through classical optical system in terms of Kummer confluent hypergeometric function
本文给出了具有光学涡旋的激光束通过透镜系统传输的解析解。利用螺旋相位板将光涡旋引入到高斯光束中。该解是一般的，因为它适用于任何整数拓扑电荷的光学涡旋，螺旋相位板的离轴位置和任何数量的透镜。一些有趣的结论进行了讨论。高阶涡是不稳定的，在小的相位或振幅扰动下分裂。然而，我们已经表明，离轴高阶涡是稳定的传播过程中通过一组透镜描述的傍轴近似，这是不典型的行为。由于螺旋相位板的移动，在像平面上记录的涡旋轨迹表现得像一个刚体。我们引入了一个新的因子，它在我们的光束中起着与纯高斯光束中的Gouy相位相同的作用。
2020-05-11 physics.optics
Super pulses of orbital angular momentum in fractional-order spiroid vortex-beams
本文研究了具有螺旋状光强和相位分布的超几何高斯光束组合的光学特性。它们的轨道角动量作为分数阶拓扑荷的函数，具有一系列超脉冲（爆发和下降），超脉冲的形式可以通过螺旋参数来控制。这种现象可用于光学器件和通信系统的光学开关和触发器。
2017-08-05 physics.optics
Light-induced spiral mass transport in azo-polymer films under vortex-beam illumination
当含偶氮苯的聚合物膜暴露于不均匀的照明时，可以诱导光诱导的质量迁移过程，导致在聚合物自由表面上形成浮雕图案。尽管多年的研究努力和几个提出的模型，这一现象的许多方面仍然没有得到很好的理解。在这里，我们报告的螺旋形浮雕图案的聚合物下的照明聚焦拉盖尔-高斯光束，具有螺旋波阵面和在其轴上的光学涡旋的外观。诱导螺旋浮雕是敏感的涡旋拓扑电荷和波前旋向。这些发现是出乎意料的，因为拉盖尔-高斯光束的“甜甜圈”形强度轮廓不包含关于波前旋向性的信息。我们提出了一个模型，解释了这种现象的主要特点，从表面介导的光场的纵向和横向分量的干涉。这些结果在光学微纳光刻和光学领域有着重要的应用价值。
2012-09-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Mode purity and structural analysis of x-ray vortices generated by spiral zone plates
在可见光谱中，涡旋光束有着广泛的应用，从光镊到超分辨率成像。最近，这些光束已被证明使用X射线和电子束。然而，到目前为止，还没有对涡流质量进行深入的讨论，这可能成为各种涡流应用所必需的。本文研究了由螺旋波带片（SZP）产生的旋涡场的模式转换效率（MCE）、涡旋结构和稳定性（涡旋分裂）。我们已经设计并制作了具有不同拓扑电荷的二元和相息图的SZPs。相息图以其在理想情况下的100%衍射效率而闻名。在这项工作中，这两种类型的对比方面的旋涡质量。利用重叠关联相干衍射成像，并通过与模拟的比较，所产生的场的波前的特征。有人发现，MCE和涡旋结构表现出相同的依赖性材料和ZP性能的衍射效率（DE），并在这个意义上的开诺全息轮廓也提高了涡旋质量。随着SZP电荷的增加，MCE减小。研究结果将光学参数与涡流特性联系起来，有助于最大限度地提高ZP涡流发生器的性能。
2022-09-09 physics.acc-ph physics.optics
Generation of electron vortex beams with over 1000 orbital angular momentum quanta using a tuneable electrostatic spiral phase plate
我们报告使用静电MEMS为基础的设备，以产生高品质的电子涡旋光束与超过1000量子的轨道角动量（OAM）。衍射和离轴电子全息实验表明，在衍射平面中的旋涡的直径与OAM线性增加，从而允许校准的旋涡的角动量内容。具有更大OAM值的电子涡旋束的实现目前受到器件击穿电压的限制。潜在的解决方案，以克服这个问题进行了讨论。
2022-02-28 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Method to measure off-axis displacements based on the analysis of the intensity distribution of a vortex beam
研究了高斯光束通过螺旋相位板产生的夫琅禾费衍射图样的特性。我们通过解析和数值计算表明，输入光束的离轴位移会产生不对称的衍射图案。沿最大不对称性方向的强度分布显示出两个不同的峰。我们发现，这两个峰值之间的强度比呈指数下降与入射光束的离轴位移，衰减是陡峭的螺旋相位板的光学奇异性的强度越高。我们分析了如何使用这种强度比来测量输入光束的小失调，具有非常高的精度。
2009-02-27 physics.optics
Local orbital angular momentum revealed by spiral phase plate imaging in transmission electron microscopy
光和物质波的轨道角动量（OAM）是近几年来受到越来越多关注的一个参数。具有良好定义的OAM的光束，即所谓的涡旋光束，已经应用于例如电信，天体物理学，纳米操纵和光学和电子显微镜中的手性测量。此外，由与样品的相互作用引起的波的OAM显示出巨大的兴趣潜力。在所有这些实验中，测量波的精确（局部）OAM含量是至关重要的，无论它是入射涡旋光束还是与样品相互作用后的出射波。在这项工作中，我们研究了使用螺旋相位板作为替代的可编程相位板用于光学测量OAM。我们推导分析如何可以用来研究任何波函数的本地OAM组件。通过数值模拟，我们说明了如何可以测量纯涡旋光束的OAM。我们还期待在未对准的涡旋光束的总和，并显示如何使用SPP的位置和OAM的每个单独的光束可以被检测。最后，我们看看在OAM诱导的磁偶极子上的自由电子波，并显示如何的SPP可以用来本地化的磁极和测量他们的“磁荷”。虽然我们的研究结果可以应用于研究的OAM的任何波函数，他们是特别感兴趣的电子显微镜，其中通用的可编程相位板还不存在。
2016-02-03 physics.optics
Controlling the biphoton orbital angular momentum eigenmodes using asymmetric pump vortex beam
我们报道了通过简单地调节抽运涡旋光束的非对称性来控制自发参量下转换过程中的双光子轨道角动量（OAM）本征模。通过调整对应于OAM模式l的相位绕组螺旋相位板（SPP）的光轴相对于光束传输轴的位置，将高斯光束变换为具有不同权重的OAM模式l，l-1，l-2，0的非对称涡旋光束。利用这种非对称涡旋抽运非线性晶体并控制其非对称性，我们定制了双光子OAM本征模的螺旋谱。计算施密特数的双光子，我们观察到的OAM本征模的螺旋带宽的增加，因此系统的维数。虽然我们已经限制了我们的研究，以显示通过简单地控制泵浦涡旋的不对称性的双光子的螺旋带宽的增加，我们可以，在原则上，通过操纵泵浦光束的大小和晶体长度，进一步提高纠缠态的维数。
2018-03-13 physics.optics quant-ph
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
Generalized Jones Calculus for Vortex, Vector, and Vortex-Vector Beam Transformations
这项工作定义了琼斯矢量的一般形式，并建立了偏振器，波片，法拉第旋转器，Q板和螺旋相位板的琼斯矩阵。我们建立了广义琼斯演算涡旋，矢量和涡旋矢量光束变换。系统的形式主义提出的理论安排在操纵的相位和偏振的结构光。利用矩阵代数方法讨论了光学元件和系统的本征态和时间反演行为。最后，将广义琼斯积分应用于Sagnac干涉仪的表征，并提出了其应用前景。
2021-03-25 physics.optics
Super-resolution image transfer by a vortex-like metamaterial
我们提出了一种涡旋状超材料器件，它能够沿螺旋路径传输图像而不会丢失图像的亚波长信息。超分辨率图像可以通过一个单一的设计同时引导和放大。我们的设计可以提供以更灵活的方式操纵超分辨率图像的见解。最后给出了算例并进行了数值模拟。
2013-04-10 physics.optics
Photon vortex generation in quantum level by high-order harmonic synchrotron radiations from spiral moving electrons in magnetic fields
利用朗道量子化方法研究了在z轴均匀磁场作用下螺旋运动电子在同步辐射中产生的光子涡旋。所得到的光子涡旋的波函数是总角动量z分量的本征态。在m次谐波辐射中，单个光子是m的zTAM的本征态。这与以前的研究是一致的。利用目前得到的波函数，我们计算了在10 ^12 - 10 ^13 G的极强磁场下的衰变宽度和能谱，这些磁场是在天体物理物体中观测到的，如磁化中子星和喷流以及黑洞周围的吸积盘。结果表明，光子涡旋主要产生在这样的对象。虽然它们没有相干性，但预计将来可以使用基于量子效应的探测器来测量来自宇宙的光子涡旋。这种效应对强磁场中的恒星核合成也有影响。
2021-12-11 astro-ph.HE nucl-th physics.optics
Non-diffracting and non-attenuating vortex light beams in media with nonlinear absorption of orbital angular momentum
研究表明，高阶贝塞尔光束在非线性吸收介质中传输时，光束并不被完全吸收，而是以一种新的传输不变涡旋光束的形式存在，在这种涡旋光束中，光束能量和轨道角动量被永久地转移到物质中，同时被螺旋向内的能量和角动量流补充能量.与涡旋孤子和耗散涡旋孤子不同，这些涡旋光束不受特定色散非线性（自聚焦或自散焦）的支持，也不需要增益。在携带（可能是高）轨道角动量的光子的多重吸收存在下的传播不变性使得这些光束对于长距离的角动量的光学泵浦是有吸引力的。
2014-07-11 physics.optics
A new way of producing electron vortex probes for STEM
在扫描透射电子显微镜的聚光器平面中使用螺旋全息孔以产生携带$-1,0$或$+1$的拓扑电荷的聚焦电子涡旋探针。螺旋形孔径设计的一个主要优点，在以前使用的叉孔的拓扑电荷$m=-1,0,1$的三个光束是不是并排在试样平面，而是在彼此的顶部，集中在不同的高度。这允许我们只有一个选定的光束聚焦在样品上，而其他光束只对背景信号有贡献。在本文中，我们描述的工作原理，以及第一次实验结果表明原子分辨率HAADF STEM图像获得的电子涡旋探针。这些结果铺平了道路原子分辨率磁信息结合电子能量损失谱。
2014-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Gaussian laser beam transformation into an optical vortex beam by helical lens
本文研究了一种混合光学元件的菲涅耳衍射特性，这种混合光学元件是由一个带拓扑电荷p的螺旋相位板（SPP）和一个焦距为f的薄透镜（HL）组合而成的。当入射时，处理高斯激光束，使其束腰与HL平面相距一定距离，并且其轴穿过HL的中心。结果表明，SPP引入了p阶相位奇异性，而透镜改变了光束的特征参数。详细分析了输出光束的特征参数和聚焦特性、振幅和强度分布以及在HL平面后任意z距离处以及近场和远场的涡环轮廓和半径。
2015-03-09 physics.optics
Frequency conversion of vortex states by chiral forward Brillouin scattering in twisted photonic crystal fibre
本文利用扭曲光子晶体光纤中的手性前向受激布里渊散射激发手性弯曲声子，实现了不同波长下后向传播圆偏振涡旋模式间的频率转换，为经典与量子领域的涡旋态操控提供了新途径。
2024-01-17 physics.optics
Single-pass, second harmonic generation of ultrafast, higher order vector vortex beams at blue
报道了一种新的蓝光矢量涡旋光束单次倍频的实验方案。利用脉宽约17 fs的钛宝石超快激光器和一组螺旋相位板，在偏振马赫-曾德尔干涉仪（MZI）中，在平均功率为860 mW的条件下，获得了lp = 12阶矢量涡旋光束。考虑到矢量涡旋光束的空间偏振特性，以及非线性频率转换过程对相互作用光束偏振特性的依赖性，利用两个光轴相互正交的硼酸铋晶体，将近红外矢量涡旋光束倍频为可见光矢量涡旋光束，倍频阶数高达lsh=24.实验测得lsh =2的矢量涡旋光束在单程倍频效率为2.4%时的最大输出功率为20.5mW。通过控制MZI中的时间延迟，我们在超快时间尺度上保持了泵浦光束和倍频光束的矢量涡旋性质。模式纯度的测量证实了高质量的矢量涡旋光束在泵浦和倍频波长的产生。通用的实验方案可以用来产生跨电磁波谱的矢量涡旋光束。
2019-02-07 physics.optics
Mid-Infrared Single-Photon Edge Enhanced Imaging based on Nonlinear Vortex Filtering
East China Normal University（华东师范大学）；University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）；Chongqing Institute of East China Normal University（华东师范大学重庆研究院）
提出基于非线性频率上转换和涡旋相位滤波的方法，实现中红外单光子级边缘增强成像，提高灵敏度并应用于无标记病理诊断和缺陷检测。
2026-06-01 physics.optics
Twisted Radiation by Electrons in Spiral Motion
从理论上证明了作圆周/螺旋运动的单个自由电子辐射出的电磁波具有螺旋相位结构并带有轨道角动量。我们用相对论电子作螺旋运动时的双缝衍射实验证明了这一点。我们表明，扭曲的光子应该自然产生的回旋/同步辐射或康普顿散射在宇宙空间中的各种情况下。我们提出了从无线电波到γ射线的各种波长的有前途的实验室涡旋光子源。
2016-09-16 physics.acc-ph physics.optics
Orbital angular momentum mode selection by rotationally symmetric superposition of chiral states with application to electron vortex beams
提出了一种适用于旋转对称叠加手征态的轨道角动量（OAM）选模原理。这一原理不仅能够解释螺旋波带片全息图的操作，并表明自然发生的旋转对称图案可能是涡旋光束的无意来源，但更重要的是，它使一般的结构OAM波的系统和灵活的生成。实验和理论上证明了这一点的背景下，使用旋转对称的二元振幅手性筛掩模的电子涡旋束。
2017-01-14 physics.optics quant-ph
Small-brain neural networks rapidly solve inverse problems with vortex Fourier encoders
University of California at Riverside（加州大学河滨分校）
提出涡旋傅里叶编码的浅层小脑神经网络，无需迭代或深度学习即可从强度数据高速重建低光照图像，在CPU上比卷积神经网络快两个数量级。
2020-05-15 cs.CV eess.IV physics.optics
