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
Magnetoelectric-field microwave antennas: Far-field orbital angular momenta from chiral-topology near fields
具有磁偶极模（MDM）振荡的铁氧体小粒子附近的近场具有空间和时间对称性破缺。这种MDM起源的场，称为磁电（ME）场，携带自旋和轨道角动量。由于独特的拓扑结构，ME场与自由空间电磁场有很大的不同。在本文中，我们表明，由于手征拓扑的ME场在近场区域，远场轨道角动量（OAM）可以观察到，数值和实验。在一个单一的元素天线，我们得到了一个辐射方向图的角度斜视。我们发现，在远场微波辐射的ME能量分布在近场区域中发挥了至关重要的作用。
2015-12-04 physics.optics
Energy, linear momentum, and spin and orbital angular momenta of circularly polarized Laguerre-Gaussian wave-packets
我们推导出在自由空间中传播的圆偏振拉盖尔-高斯波包的能量、线动量和角动量的表达式。考虑到电磁场的矢量性质，并检查傍轴近似，这是典型的拉盖尔-高斯光束的理论治疗中调用的各种后果。
2020-08-24 physics.optics
Making and identifying optical superposition of very high orbital angular momenta
报道了高轨道角动量光学叠加的实验制备。我们的方法是基于使用空间光调制器来修改标准拉盖尔-高斯光束，以承担过多的相位螺旋。我们展示了一个传统的马赫-曾德尔干涉仪与一个插入的鸽子棱镜，以确定这些叠加扭曲的光，高OAM数以及它们可能的叠加可以直接从干涉明亮的多环晶格推断出令人惊讶的性能。利用电子倍增器CCD摄像机，也显示了本方案在光子计数水平上工作的可能性。我们的结果在高维量子信息应用中有希望，当高量子是有益的。
2013-10-18 physics.optics quant-ph
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
Spin and orbital angular momenta of acoustic beams
本文分析了均匀介质中单色声波场的自旋角动量和轨道角动量。尽管是纯纵向（无卷曲），非均匀声波一般具有非零自旋角动量密度所造成的局部旋转的矢量速度场。我们发现，局域声波的自旋积分消失与纵向声子的自旋为0的性质。我们还表明，螺旋度或手征密度消失相同的声场。作为一个例子，我们考虑非傍轴声学贝塞尔光束进行定义良好的整数轨道角动量，以及非零的本地自旋密度，与横向和纵向分量。我们描述了声贝塞尔光束中的非平凡偏振结构，并指出了一些可观察到的现象，如非零能量密度和一阶涡旋光束中心的纯圆横向偏振。
2019-05-03 physics.class-ph physics.optics
The optical torque: Electromagnetic spin and orbital angular momenta conservation laws and their significance
在自旋和轨道角动量的基本守恒方程所涉及的物理导致新的法律和现象，我披露。为此，我分析了电磁波场的散射由一个小粒子，我假设偶极在广义上构成的正则系统。具体来说，在相当一般的条件下，这些定律可以帮助我们了解每个角动量对物体上的场施加的电磁扭矩的贡献和权重，该扭矩由消光和散射或反冲组成。部分。这导致了对它的效应的解释与迄今为止许多理论和实验工作所采用的解释不同，并且意味着反冲力矩的一部分抵消了通常被称为固有力矩的固有力矩，该固有力矩通常被认为是粒子自旋的原因。此外，我得到的贡献的空间结构的波，这个扭矩，未知的日期，显示其效果在轨道上的对象，并证明它往往会导致一个负扭矩的一个单一的粒子，即相反的入射螺旋，产生轨道运动相反，其自旋。此外，我建立了一个分解的电磁转矩到保守和非保守的组件，其中的螺旋度和它的流量发挥类似的作用，电磁力的能量和它的通量。我说明这些现象的例子梁，也显示了一些傍轴配方的领域不持有的横截性条件的困难。
2015-11-03 physics.optics
Localized photonic bandedge modes and orbital angular momenta of light in a golden-angle spiral
本文对介质中空气柱的黄金角螺旋阵列的光子带隙和带边模进行了数值研究。尽管缺乏长程平移和旋转阶数，但TE偏振光存在大的PBG。由于空气孔间距的空间不均匀性，带边模式通过来自螺旋结构中的寄生物的布拉格散射而空间局部化。它们具有离散的角动量，这些角动量来自不同的parastichies家族，其数目对应于斐波那契数。独特的结构特征的黄金角螺旋导致独特的功能的带边模式，是不存在的光子晶体和准晶。
2011-09-16 physics.optics
Mixing of spin and orbital angular momenta via second-harmonic generation in plasmonic and dielectric chiral nanostructures
我们提出了一个理论研究的特性的非线性自旋轨道角动量耦合的二次谐波产生诱导的等离子体和介电纳米结构的中心对称材料。特别是，相位奇异性和偏振螺旋在基波和二次谐波光场的纵向分量和散射体的对称性属性之间的连接进行了讨论。通过深入比较结构化光束与等离子体和介电纳米结构的相互作用，我们发现，表现出磁共振和电共振的全介电和等离子体纳米结构具有可比的二次谐波转换效率。此外，还揭示了单个和手征散射体团簇的二次谐波增强机制，并讨论了入射光束的光学角动量含量与非线性光散射增强的关系。特别地，我们给出了非线性自旋-轨道角动量相互作用的一般性角动量守恒定律，其中包括具有不同阶旋转对称性的手征结构的准角动量.作为我们的研究相关的纳米光子学的一个关键结论，我们认为，全电介质纳米结构提供了一个更合适的平台，实验研究自旋和轨道角动量之间的非线性相互作用，相比等离子体，主要是由于其较窄的共振峰，较低的固有损耗，和较高的可持续的光功率。
2017-04-20 physics.optics
Transverse linear and orbital angular momenta of beam waves and propagation in random media
对于标量波的傍轴传输，经典的电磁理论定义的横向线性（TLM）和轨道角动量（OAM）的光束波的相干函数表示。我们在例子中表明，既不是光学涡旋的存在是必要的内在OAM，也没有光学涡旋的存在保证非零的内在OAM。分析了均匀相干和扭曲部分相干光束的OAM。扭曲高斯光束具有固有的OAM，其每单位功率值可以通过改变扭曲参数而连续改变。使用抛物传播方程的相干函数，我们表明，总TLM和OAM是保守的自由空间传播，但不是在非均匀介质中的传播。在随机非均匀介质中，总的TLM和OAM在平均值上是守恒的，但OAM起伏随传输路径的增加而增加，对于旋转对称辐照度的光束，这种增加较慢。
2017-05-13 physics.optics
A unified theory correcting Einstein-Laub electrodynamics solves dilemmas in the photon momenta and electromagnetic stress tensors
为了统一和澄清持续争论的电磁应力张量（ST）和光子动量，我们建立了一个理论的灵感来自Einstein-Laub形式主义内的任意宏观物体沉浸在任何复杂的介质。我们的广义Einstein-Laub力和ST产生任何一般宏观物体由于内部场与其原子，电荷和分子相互作用而经历的总力。适当的情况下，建立了一个新提出的动量，我们称之为非机械广义爱因斯坦-劳布动量，以及光子的动力学和正则动量的守恒。我们的理论仍然有效，即使在一个一般的异质或有界的嵌入背景介质，而不诉诸隐藏的动量，并明确地确定存在域，或有效域，ST和光子动量提出的日期。这个存在域是在宏观散射体外部只有外场的区域，或者是在其内部只有内场的区域。对这种存在域的恰当识别构成了我们统一理论的基础。最后，提出了一个思想实验，它表明，适当的力和光子的动量在嵌入介质中也可以适当地识别，如果背景是相对大于嵌入散射体。它还解释了亚伯拉罕和闵可夫斯基光子动量在嵌入介质中完全不同的作用。最重要的是，我们的统一理论表明，一个独特的制定的动量守恒定律是不可行的，虽然广义的ST和动量密度的表达是可以实现的新概念，我们介绍，即有效极化和有效磁化。
2015-09-23 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
Storage of orbital angular momenta of light via coherent population oscillation
本文报道了冷铯原子中相干布居振荡现象对光的轨道角动量的存储。实验是使用延迟四波混频配置进行的，其中携带OAM的探测场的横向光学信息与其方位角相位依赖性存储在铯$D_{2}$线的超精细跃迁$F=3\rightarrow F^{\prime}=2$的塞曼子能级的CPO中。我们还证明了实验的同时存储和检索不同的OAM状态沿空间中的不同方向传播，导致代数运算与OAM，因此打开复用OAM状态的可能性。
2015-05-25 physics.optics quant-ph
Spin and Orbital Angular Momenta of Light Reflected from a Cone
我们研究几个回射光学元件，每个涉及两个反射。在顶角为90 \degree的中空金属锥体的情况下，圆偏振入射光束在反射时获得相反的自旋角动量。然而，没有角动量转移到圆锥体，因为反射光束拾取的轨道角动量是其自旋的两倍大，但方向相反。由透明材料制成的90 ° \degree锥体，其中入射光在返回之前经历两次全内反射，可以设计成赋予回射光束轨道角动量和自旋角动量的不同混合。然而，在任何情况下，都不可能将角动量从光束转移到锥体而不允许吸收或破坏锥体的轴对称性。对称性破缺的一个简单例子是顶角为90 ° \degree的楔形金属反射器，它在反射圆偏振入射光束时获得角动量。
2012-05-26 physics.class-ph physics.optics
Conservation of the spin and orbital angular momenta in electromagnetism
我们回顾和重新检查的描述和分离的自旋和轨道角动量（AM）的电磁场在自由空间。虽然光的自旋和轨道AM在正统量子力学或经典场论中不是单独有意义的物理量，但这些量通常被测量并用于光学应用。最近几位作者提出了一种对光的自旋和轨道AM有意义的量子描述，分别描述了这些量的守恒和可测量的积分值。然而，电磁场论仍然缺乏相应的局部守恒的自旋和轨道AM电流。在本文中，我们构造这些丢失的自旋和轨道AM密度和通量，满足适当的连续性方程。我们表明，这些是物理上可测量的和守恒量。然而，这些都不是洛伦兹协变的，所以只有在测量探头的单个实验室参考系中才有意义。我们得到的通量提高了规范（非保守）的自旋和轨道AM通量，并包括一个“自旋轨道”项，描述了在非傍轴光场中观察到的自旋轨道相互作用的影响。我们还考虑了电磁场论的标准和双对称形式。将一般理论应用于非傍轴涡旋光束验证了我们的结果，并使我们能够区分早期的方法来解决这个问题。我们的治疗产生的自旋和轨道AM的自由麦克斯韦场的量子力学和场论方法的完整和一致的描述。
2014-08-03 physics.optics quant-ph
Spatiotemporal Vortex Pulses: Angular Momenta and Spin-Orbit Interaction
最近，通过实验产生了携带纯横向固有轨道角动量的时空光学涡旋脉冲[{ \it Optica} { \bf 6}，1547（2019）; { \it Nat. Photon.} { \bf 14}，350（2020）]。然而，对这种状态及其角动量性质的精确理论分析仍然是难以捉摸的。在这里，我们提供这样的分析，包括标量和矢量时空贝塞尔型的解决方案，以及它们的传播，偏振和角动量属性的描述。最重要的是，我们计算了自旋和轨道角动量的局域密度和积分值，并预测了可观察到的自旋-轨道相互作用现象，这些现象与横自旋和轨道角动量之间的耦合有关。我们的分析很容易扩展到其他性质的时空涡旋脉冲（例如，声学）。
2021-05-22 physics.optics
On orbital angular momentum conservation in Brillouin light scattering within a ferromagnetic sphere
由铁磁球支持的静磁模式被称为Walker模式，每个模式都具有沿着静态磁场的轨道角动量以及自旋角动量。具有非零轨道角动量的Walker模表现出拓扑非平凡的自旋织构，我们称之为\textit{magnetic quasi-vortices}。由介质球支持的光学回音壁模式中的光子具有形成\textit{optical vortices}的轨道和自旋角动量。在铁磁和电介质球体内，两种形式的涡旋在布里渊光散射过程中相互作用。我们认为，在散射有一个选择规则，规定的涡旋之间的轨道角动量的交换。选择规则被证明是负责实验观察到的非互易布里渊光散射。
2017-11-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Angular Momenta and Spin-Orbit Interaction of Nonparaxial Light in Free Space
我们给出了一个精确的自洽算子描述的自旋和轨道角动量，位置和自旋轨道相互作用的非傍轴光在自由空间。量子算符形式主义和经典的能量流方法。我们将一般理论应用于对称和非对称贝塞尔光束，表现出自旋和轨道相关的强度分布。精确的波的解决方案是清楚地解释的贝里相位，量化的焦散线，和霍尔效应的光，这可以很容易地观察到实验。
2010-12-22 hep-th physics.optics quant-ph
Generation of optical beams with desirable orbital angular momenta by transformation media
提出了一种通过紧凑的变换板将任意入射光束的波前可控地转换为螺旋波，从而使输出光束携带理想的轨道角动量的方案.首先，基于变换光学原理，建立任意两个波前在变换介质上的°三维相位变换，然后利用该变换将高斯光束的波前整形为螺旋波。其次，三维FDTD模拟进行确认的螺旋演变的合成场和相位，清楚地表明OAM产生。进一步的理论分析表明，折射率呈螺旋分布导致相位波前呈相反的螺旋分布，利用单位OAM发生器产生理想的OAM是可行的。这一结果不仅为相位和光子OAM的调控提供了一种新的途径，而且进一步揭示了螺旋光束的相位结构，从而提出了一种新的表面变换方式。
2012-06-19 physics.optics
Propagation Dynamics of Photonic Toroidal Vortices Mediated by Orbital Angular Momenta
Shandong Normal University（山东师范大学）；University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）
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
Optical momentum distributions in monochromatic, isotropic random vector fields
本文研究三维单色随机场中Poynting动量密度的轨道与自旋分解，发现各向同性随机场中两者大小分布相同，且通过空间关联函数揭示了复杂光场中不同光学动量的组织差异。
2024-02-13 physics.optics
Orbital Angular Momenta and Geometric Phase Characteristics of Spin-polarized Components of a General Paraxial Beam-field
本文利用 Barnett 通量形式体系表征一般傍轴光束自旋极化分量的 OAM 通量密度，揭示 SOI 与几何相位，并提出将空间相位转入偏振域的直接测量方法。
2024-06-12 physics.optics
Orbital and spin components of the angular momentum of a general electromagnetic field
得到了经典电磁场的角动量分解为轨道分量和自旋分量，这是明显的规范不变的和一般的。这是通过利用亥姆霍兹定理将电场分解成其纵向和横向部分来完成的。任何特定电磁场的角动量的轨道和自旋分量都可以从这个公式中找到。
2006-09-05 physics.class-ph physics.optics
Quantum orbital angular momentum of elliptically-symmetric light
对最近发现的一类椭圆对称稳定光场--Ince-Gauss模的轨道角动量进行了量子力学分析。我们研究，在一个完全的量子形式主义，这些光束的轨道角动量如何随其椭圆率的变化，并发现了几个引人注目的功能，包括：非单调行为，稳定的光束与真正的连续（非整数）的轨道角动量，和正交模式具有相同的轨道角动量。我们探索并详细解释了这种行为的原因。这些特性可能在量子密钥分发、原子捕获和量子信息学中有应用-因为椭圆率开辟了一种新的方式来导航光子希尔伯特空间。
2012-08-09 physics.optics quant-ph
Torque of guided light on an atom near an optical nanofiber
本文用解析和数值方法计算了光场作用于光学介质附近的二能级原子的轴向轨道力矩和自旋力矩。我们表明，这些扭矩的产生是由角动量守恒定律的闵可夫斯基制定。光纤附近原子的轨道力矩来自自发发射光子的平均反冲。光子的角动量和原子的自旋角动量可以转换成原子的轨道角动量。被引导光场的轨道角动量和自旋角动量并不分别转移到原子的轨道角动量和自旋角动量上。
2019-05-10 physics.optics quant-ph
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
Brillouin light scattering by magnetic quasi-vortices in cavity optomagnonics
铁磁球可以支持回音壁模式形式的\textit{optical vortices}和具有非平凡自旋纹理的静磁模式形式的\textit{magnetic quasi-vortices}。这些涡旋可以用它们的轨道角动量来表征。我们在实验上研究了静磁模式中磁振子对回音壁模式中光子的布里渊散射，并将注意力集中在光涡旋和磁准涡旋之间的轨道角动量交换上。我们发现，在布里渊光散射中，轨道角动量守恒导致不同的非互易行为。将轨道角动量作为腔光磁学的一个新自由度，可以为手征光学和光自旋电子学开辟新的途径。
2017-11-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Angular momenta, helicity, and other properties of dielectric-fiber and metallic-wire modes
自由空间电磁场中光的自旋和轨道角动量（AM）已经得到了很好的研究，甚至是非傍轴的。这些概念的重要应用之一是使用AM模式的信息传输，通常通过光纤和其他引导系统。然而，光在光学介质（包括色散和金属情况）中的自旋和轨道AM的自洽描述只是最近才提供的[K.Y. Bliokh等人，物理修订信函119，073901（2017）]。在这里，我们提出了第一个准确的计算，分析和数值，自旋和轨道AM，以及螺旋度和其他属性，圆柱形电介质和金属（纳米线）波导的全矢量本征模。我们发现显着的基本关系，如在一般的非傍轴情况下的圆柱形导模的正则总AM的量子化。这种量子化，以及自旋和轨道AM的非整数值，由模场中的广义几何和动力学相位决定。此外，我们表明，金属丝模式的自旋AM是确定的，在几何光学近似下，由表面等离子体极化激元的横向自旋沿螺旋轨道上的导线表面上传播。我们的工作提供了一个坚实的平台，为未来的研究和应用的AM和螺旋性质的引导光学和等离子体波。
2018-07-17 physics.optics
Electromagnetic force and torque in ponderable media
麦克斯韦的宏观方程与洛伦兹力定律的广义形式相结合，是一组完整且一致的方程。这五个方程不仅与狭义相对论完全相容，而且也符合能量、动量和角动量守恒定律。我们证明了与守恒定律的一致性：当一束光进入磁性介质时，入射线（或角）动量的一小部分以由亚伯拉罕动量密度ExH/c^2和电磁场群速度V_g确定的速率注入介质。入射、反射和透射动量的平衡随后在光束的前缘处作为力（或扭矩）传递到介质，光束以速度V_g通过介质传播。我们的分析并不要求“隐藏”动量遵守守恒定律，也不溶解成关于有重介质中电磁动量性质的模糊性。电磁场的线动量和角动量明显与亚伯拉罕动量有关，相位折射率和群折射率（n_p和n_g）在力、力矩和动量密度的表达式中起着明确而明确的作用。
2014-02-18 physics.class-ph physics.optics
Understanding the electromagnetic response of graphene/metallic nanostructures hybrids of different dimensionality
等离子体激元激发，如表面等离子体激元（SPP）和石墨烯等离子体激元（GP），携带大动量，因此能够限制电磁场到小尺寸。这种特性使它们成为亚波长光学控制和纳米级操作的理想平台。如果金属-绝缘体-金属和石墨烯-绝缘体-金属的方案分别用于SPP和GP，则这些等离子体激元的动量甚至进一步增加。然而，由于动量如此之大，它们的远场激发变得具有挑战性。在这项工作中，我们考虑石墨烯和金属纳米结构的混合物，并研究远场光与支持的高动量等离子体激元模式相互作用背后的物理机制。虽然GP和SPP的性质有一些相似之处，但由于两者都是等离子体极化激元类型，因此它们的物理性质也明显不同。对于GP，我们发现两种不同的物理机制，要么GP局限于隔离腔，或大面积集体光栅耦合器。引人注目的是，我们发现，虽然这两个系统在概念上是不同的，在特定的条件下，他们可以表现出类似的。通过将相同的研究应用于SPP，我们发现了不同的物理行为，这从根本上源于SPP与GP相比的不同色散关系。此外，这些混合物产生大的场增强，也可以电调谐和调制，使它们成为各种等离子体器件的理想候选者。
2020-06-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spin-Orbital momentum decomposition and helicity exchange in a set of non-null knotted electromagnetic fields
我们计算分析的自旋轨道分解的角动量使用完全非傍轴场，有一定程度的链接的电力和磁力线。对于非零纽结电磁场，给出了角动量分裂为自旋轨道分量的方法。考虑了磁螺旋度和电螺旋度与角动量自旋轨道分解之间的关系。我们证明，即使总的角动量和自旋和轨道动量的值是相同的，本地角动量密度的行为是相当不同的。通过对电、磁螺旋度为常数和非常数的情况进行分析，我们发现在时间演化过程中，总角动量密度呈现出不同的特征。
2017-09-05 physics.optics
Are photon momenta in left-handed materials reversed?
我们发展了一个半经典理论来描述左手材料中的光子动量。引入单个二能级原子作为探测光子动量的“探测器”。我们证明了光子的线性动量在LHM中反转了方向。然而，轨道角动量是保持不可逆的，虽然波前扭转其螺旋方式。我们从理论上预言自旋角动量也是不可逆的。对光子动量的研究将有助于深入了解LHM的基本性质。
2008-09-20 physics.class-ph physics.optics
Quantum Entanglement of High Angular Momenta
具有螺旋相位结构的单光子可以携带量子化的轨道角动量（OAM），它们的纠缠对于量子信息科学和量子理论的基础检验具有重要意义。因为理论上没有一个光子可以携带多少OAM量子的上限，所以有可能在两个量子数相差任意大的粒子之间产生纠缠。通过将偏振纠缠转移到OAM的干涉方案，我们产生和验证纠缠高达600量子的轨道角动量差。提高数字的唯一限制因素是目前的技术限制。我们还通过实验证明了很高的OAM纠缠度可以提高遥感中角分辨率的灵敏度。
2014-06-06 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Combined calculi for photon orbital and spin angular momenta
上下文波长、光子自旋角动量（PSAM）和光子轨道角动量（POAM）完全描述了光子或电场（光子系综）的状态。波长直接与能量和线动量有关，即相应的动能。PSAM和POAM本身是动力学量，通俗地分别称为偏振和光学涡旋。天体物理学来源发射携带这种信息的光子。目标。PSAM的电场（强度）特性用Jones（Stokes/Mueller）演算来描述。同样，我创建了演算来表示天体物理学背景下电场和强度的POAM特性。在所有这些演算中加入波长依赖性是微不足道的。接下来的逻辑步骤是：1）形成光子总角动量（PTAM = POAM + PSAM）演算; 2）使用算子和期望值证明它们的有效性; 3）表明仪器PSAM可以影响某些类型电场的测量POAM值。方法.将POAM演算与PSAM演算相结合，导出了电场和场强的PTAM演算。我展示了这些量如何从天球传播到像平面。我还形成了PTAM算子（POAM和PSAM算子之和），有和没有仪器PSAM，并计算相应的期望值。结果除了向量、矩阵、点积和直积符号外，PTAM和POAM演算在表面上看起来是相同的。我提供了所有可能形式的PTAM结石的表格。我证明了PTAM的期望值是正确的仪器和仪器PSAM。我还表明，POAM测量的“未分解”PTAM电场通过非零仪器圆形PSAM可以偏置。结论.组合的PTAM演算提供了如何对PTAM源进行数学建模以及校准POAM和PSAM引起的POAM测…
2014-05-09 physics.optics
Orbital and spin current density backflow in unidirectional monochromatic electromagnetic fields in vacuum
Institute of Physics, University of Tartu（塔尔图大学物理研究所）；Estonian Academy of Sciences（爱沙尼亚科学院）；The Bradley Department of Electrical and Computer Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University（弗吉尼亚理工大学与州立大学布拉德利电气与计算机工程系）
本文研究了真空单色电磁波中Poynting向量能量反向流及其轨道和自旋电流密度成分，分析了线偏振、圆偏振等不同极化情况下的电磁场特性，发现自旋电流反向流异常显著。
2026-04-08 physics.optics
Canonical separation of angular momentum of light into its orbital and spin parts
它表明，电磁场的光子图像，使一个明确地确定分裂成轨道部分和自旋部分的电磁场的总角动量。
2011-05-28 physics.optics quant-ph
Enhancing Near-Field Optical Tweezers by Spin-to-Orbital Angular Momentum Conversion
光的近场图案提供了一种在纳米光子学、微生物学和纳米技术中的各种应用中光学捕获、递送和分选单个纳米级颗粒的方法。利用严格的电磁场理论，研究了携带自旋和轨道角动量的近场光镊的作用力和捕获性能。假设捕获场是由全内反射显微镜物镜在玻璃-水界面处产生的，其中大部分透射光是瞬逝的。我们发现这些镊子的新方面，包括旋转和稳定捕获纳米级珠子的可能性。更重要的是，我们表明，在近场条件下，自旋和轨道角动量的贡献的小粒子的旋转几乎是相等的，打开的可能性，相互抵消时，他们有相反的符号。我们表明，这些条件导致最佳的光阱，产生非常有效的光镊nanomipulation，具有圆对称性和相对较弱的旋转。
2022-05-31 physics.optics
Electromagnetic dynamical characteristics of a surface plasmon-polariton
我们认为，在支持表面等离子体极化激元（SPP）传播的条件下，两种介质之间的界面附近的电磁场与任意实频率相关的折射率和磁导率。基于最近描述复杂介质中电磁场的自旋和动量的方法[Phys.Rev.Lett. 119，073901（2017）; New J. Phys.，19，123014（2017）]。它涉及到闵可夫斯基动量分解成自旋和轨道部分与色散修改的磁导率和磁导率。导出了横磁SPP场的能量、能流、自旋动量、轨道动量和角动量的空间密度的显式表达式。它们不受非物理奇点的影响;唯一的奇异贡献描述了自旋动量的严格局部表面部分，该部分可以与SPP支撑结构的导电部分中的磁化电流相关联。在此基础上，一个唯象理论的SPP诱导磁化（预测较早的基础上，简化的微观方法）的概述。可能的修改和推广，包括横向电（TE）SPP波，进行了讨论。
2019-02-01 physics.optics
Electromagnetic wave propagating along a space curve
利用薄层近似方法，导出了电磁波沿空间曲线传播的有效方程。我们发现了内禀自旋-轨道、外禀自旋-轨道、外禀轨道角动量和内禀轨道角动量之间的扭转耦合，这些耦合可以导致几何相位、自旋和轨道霍尔效应。我们还证明了由曲率引起的螺旋度反转可以将右旋圆极化的电磁波转换为左旋极化的电磁波，反之亦然。最后，我们证明了有效动力学的规范不变性是由几何诱导规范势保护的。
2018-02-12 gr-qc physics.optics
Multipolar expansion of orbital angular momentum modes
本文提出了将傍轴光束扩展到多极电磁场的一般方法。这种方法被应用到扩展的傍轴模式与轨道角动量（OAM），显示了傍轴OAM是如何相关的一般角动量的电磁波。这种方法可以推广到准傍轴光束，即高度聚焦的激光束。讨论了它在控制原子电子跃迁中的一些应用。
2008-04-09 physics.optics
On the transformations generated by the electromagnetic spin and orbital angular momentum operators
本文研究了横向“自旋角动量”和“轨道角动量”算符的性质。我们表明，“自旋角动量”运营商是发电机的空间翻译，这取决于螺旋度和频率和“轨道角动量”运营商产生的变换是一个序列的这种平移和旋转。我们给出了一些使用这些运营商在轻物质相互作用问题的例子。它们与螺旋度算子的关系允许在分析中涉及电磁对偶对称性。我们还发现，同时本征态的三个“自旋”运营商和宇称定义了一种类型的常设模式，最近被挑出来的光与手性分子的相互作用。相对于“自旋角动量”，极化，和总角动量之间的关系，我们表明，除了一个单一的平面波的情况下，总的场的角动量是解耦的，从其矢量自由度，即使在该政权的傍轴近似举行。最后，我们指出了这三个“自旋”算子与Pauli-Lubanski四维向量的空间部分之间的关系。
2014-05-23 physics.optics
Energy, linear momentum, and angular momentum exchange between an electromagnetic wave-packet and a small particle
结合麦克斯韦的经典电动力学与电磁（EM）能量，动量，力和扭矩的表达式，我们用几个简单的例子来证明波包和小球形粒子之间的线性和角动量交换的性质。电磁场的线动量和角动量，当被粒子吸收时，会引起粒子的不同响应。
2018-09-14 physics.class-ph physics.optics
The complex Maxwell stress tensor theorem: The imaginary stress tensor and the reactive strength of orbital momentum. A novel scenery underlying electromagnetic and optical forces
我们揭示了一种普遍现象的存在，这种现象涉及光或其他电磁波对一般电荷和电流分布，特别是粒子分布所施加的电磁光力。这传达了阻碍辐射压力和目前观察到的时间平均力的潜在反应量的出现。这构成了光对物质的机械效率的新范式，并完成了经典电动力学中的电磁力的景观;拓宽了我们对光学操纵中照明和粒子设计的理解，而不需要增加照明功率，从而降低耗散和加热。我们表明，这可能是通过最小化我们建立的正则（即轨道）动量的反应强度，这对光学力的作用类似于无功功率与天线的辐射效率。这个长期被忽视的量，对目前的光学操纵进展很重要，并且源于我们提出的复动量守恒的复麦克斯韦定理，以及与复麦克斯韦应力张量的虚部相关的交变流，符合我们在这项工作中引入的虚洛伦兹力，并且像轨道动量的反应强度一样，是众所周知的时间平均力的谐振子;因此使得该反应性洛伦兹力在时间平均力降低的波长附近间接可观察。
2022-08-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Deep-subwavelength features of photonic skyrmions in a confined electromagnetic field with orbital angular momentum
在磁性材料中，Skyrmions是纳米级区域，其中电子自旋的方向以涡旋型方式变化。在这里，我们表明，自旋轨道耦合在一个聚焦的矢量光束的结果在skyrmion的激发波导场的光子自旋分布。虽然衍射限制了强度分布的空间大小，但定义光子自旋的场的方向不受此限制。我们证明了skyrmion自旋结构的变化在深亚波长尺度下，1/60的光波长，这对应于约10纳米的长度尺度。光子skyrmions的应用范围可以从高分辨率成像和精密计量到量子技术和数据存储，其中场的自旋结构，而不是其强度，可以应用于实现深亚波长光学图案。
2018-06-13 physics.optics
Compton Scattering of a Twisted Light
描述了康普顿散射时光子轨道角动量的变化。从轨道角动量的基本守恒出发，确定了扭曲光的散射矩阵。两种不同的扭曲光模式：拉盖尔高斯和贝塞尔高斯，数值生成和说明。我们的分析表明，光子轨道角动量的状态是高度可变的广角散射，但更一致的小角度散射。
2017-07-19 physics.optics
Momentum, spin, and orbital angular momentum of electromagnetic, acoustic, and water waves
Donostia International Physics Center (DIPC)（多诺斯蒂亚国际物理中心）；Centre of Excellence ENSEMBLE3 Sp. z o.o.（ENSEMBLE3卓越中心有限责任公司）
本文基于诺特定理统一框架，概述电磁、声、弹性、等离子体及水表面波的动量、自旋与轨道角动量性质，并讨论其可观测表现。
2025-05-13 cond-mat.other physics.optics
A Comparison between Abraham and Minkowski Momenta
在本文中，我比较亚伯拉罕和闵可夫斯基形式的动量有关的电磁波内的电介质或磁性材料。讨论是基于对表面电荷和电流以及作用于它们的力的仔细处理。虽然在电介质的情况下，亚伯拉罕动量从物理的角度来看肯定更有吸引力，但对于磁性材料，它建议用磁荷和相关磁流来解释。相反，磁性非导电材料的闵可夫斯基动量在安培模型中有一个自然的解释，其中动力学由作用在体电流和表面电流上的洛伦兹力决定。
2016-03-18 physics.class-ph physics.optics
Comparison of different forms for the "spin" and "orbital" components of the angular momentum of light
我们比较了三种尝试，已作出的分解成组件的“轨道”和“自旋”性质的电磁场的角动量。所有这三种表达式都是不同的，并且基于经典电动力学，似乎没有将电磁场的角动量分解为轨道分量和自旋分量的优选方式，即使在惯性系中也是如此。
2012-01-30 physics.class-ph physics.optics
Generating electromagnetic modes with fine tunable orbital angular momentum by planar topological circuits
由介电常数和磁导率的周期性排列以及谐振器阵列制成的超材料可以提供传统材料中没有的光学特性，例如可以用于实现超透镜和隐身的负折射率。开发具有更丰富的电磁（EM）特性和更宽的工作频带的新的更简单的结构是快速的基于光的信息传输和信息处理的高度需求。在目前的工作中，我们提出了理论上的蜂窝结构的LC电路与短程纹理的电感可以产生一个拓扑光子态伴随着反转的p-和d-轨道之间的EM模式携带光学轨道角动量（OAM）。在微波频率下，我们在平面微带中实现了拓扑光子态。平面微带是一种底部金属衬底、中间介质膜和顶部金属条的三明治结构，金属条的宽度为六边形。通过精确测量电磁场的振幅和相位，我们证明了从线极化偶极源发射的拓扑界面电磁波根据OAM的符号在相反的方向上传播，并且通过在拓扑带隙中扫描频率可以精确地调节p轨道和d轨道类电磁模式的相对权重，这在其他光子系统和凝聚态系统中是很难实现的。在一个简单而容易制造的结构中实现拓扑光子态，目前的工作揭示了一个新的方向，产生和操纵EM模式具有丰富的内部自由度，可用于各种应用。
2018-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Spin and orbital Hall effects for diffracting optical beams in gradient-index media
研究了带有内禀自旋和轨道角动量的傍轴光束在梯度折射率介质中的演化。本文导出了曲线坐标系中光束随中心光线衍射的抛物型方程。梁的重心经历横向AM相关的偏转-自旋和轨道霍尔效应。自旋霍尔效应产生的光束作为一个整体的横向平移，在最近的几何光学的预测精确的协议。同时，轨道霍尔效应受到非均匀介质中衍射的显著影响，并伴随着内禀轨道AM的变化和光束的变形。
2009-01-07 physics.optics
Discontinuities in the Electromagnetic Fields of Vortex Beams in the Complex Source/Sink Model
一个分析的不连续性报告被认为是不连续性的精确nonparaxial涡旋光束相量内获得的复杂的源/汇模型。这种不连续性出现在轨道角动量模的所有奇数值上。相量中的这种不连续导致真实电磁场分量中的非物理不连续。我们确定的不连续性的来源，并提供图形证据的不连续的第一和第三轨道角动量模式的真实电场。一个简单的方法来避免这些不连续性。
2017-03-19 physics.optics physics.plasm-ph
Theory of Refraction, Ray-Wave Tilt, Hidden Momentum, and Apparent Topological Phases in Isotropy-Broken Materials based on Electromagnetism of Moving Media
本文从运动介质电磁学出发，揭示闵可夫斯基与亚伯拉罕动量之差与折射及射线-波前倾斜的内在联系，并证明动量倾斜仅在各向同性破缺材料中出现，同时阐明运动参考系下材料表观拓扑相的变化。
2024-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Conservation of transverse orbital angular momentum for spatiotemporal optical vortices
Pusan National University（釜山国立大学）
本文通过去除窄带和近轴假设，证明了时空光学涡旋的横向轨道角动量在传播过程中保持守恒。
2025-12-10 physics.optics
