Fusion Between Frozen-Wave-Type Beams and Airy-Type Pulses: Diffraction-Dispersion-Attenuation Resistant Vortex Pulses in Absorbing Media
在本文中，我们执行两个重要的理论方法之间的融合，一个与冻结波光束，这是无衍射光束的纵向强度模式可以选择一个先验的介质（吸收或不），和其他相关的Airy型脉冲，这是耐色散材料中的色散效应的脉冲。因此，出现了一种新的方法，能够提供抗三种伴随效应的涡流脉冲，即：衍射、色散和衰减;同时，波强度沿其传播轴的空间变化可以随意设计。这种新方法可以看作是局域波理论在近轴区域的推广，新的脉冲在光通信、非线性光学、微操作等领域有着潜在的应用前景。
2018-09-24 physics.optics
Phase retrieval of an electron vortex beam using diffraction holography
在光光学和电子光学中，被物体散射的波的振幅是通常以实空间图像或衍射图像中的强度分布的形式记录的可观察量。相反，散射波的相位的恢复是一个众所周知的挑战，这通常是通过干涉或数值方法来接近。在电子显微镜中，由于透镜设置的限制，特别难以检索衍射图像的相位。在这里，我们使用由纳米制造的全息图产生的散焦光束来形成可以与衍射光束干涉的参考波。这种设置提供了一个扩展的干涉区域与样品波函数在夫琅和费平面。作为一个案例研究，我们检索电子涡旋束的相位。除了这个具体的例子，该方法可以用于检索来自广泛的样品的衍射光束的波前。
2017-03-24 physics.optics
The fine structure of the vortex-beams in the biaxial and biaxially-induced birefringent media caused by the conical diffraction
我们考虑了无衍射奇异光束在自然双轴和双轴诱导双折射介质中的近轴传输，其角动量在传输过程中不发生变化。我们预言了一系列新的光学效应，如带有分数拓扑电荷耦合光学涡旋的矢量奇异光束的稳定传输，均匀线偏振的零阶贝塞尔光束向径向贝塞尔光束的转换，方位角和螺旋偏振光束和空间变化的线性偏振的组合光束与耦合涡的转换。我们揭示了双轴诱导晶体中涡旋光束的场结构类似于自然双轴晶体中的场结构，并形成圆锥衍射中固有的矢量结构。然而，在这种情况下，模式光束不改变传播方向，因为它发生在天然双轴晶体内。
2011-07-28 physics.optics
Acoustooptic operation of optical vortex beams
利用基于TeO2晶体和石英玻璃的声光池，首次从实验上证明了涡旋光束的强度分布和相位结构在声光布拉格衍射下保持不变。因此，涡旋光束可以由于AO衍射而偏转，而声光操作的涡旋光束可以有效地用于光学技术的新分支，如光学捕获和具有不同轨道角动量的光束的受控寻址。
2017-08-28 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
Diffraction catastrophes threaded by quantized vortex skeletons caused by atom-optical aberrations induced in trapped Bose-Einstein condensates
我们提出了一个非线性原子光学实验，在玻色-爱因斯坦凝聚态波中产生由量子化涡旋骨架穿过的衍射灾难。我们展示了如何原子光学畸变诱导捕获玻色-爱因斯坦凝聚体演变成特定的焦散结构，由于不完善的聚焦。观察到横截面为交错涡格的涡骨架在普遍衍射灾难内部成核。我们的观察揭示了玻色新星的结构和动力学，并提出了物质波衍射灾难的应用，包括检测的序参量配对对称性在冷气体实验。
2013-08-23 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Controllable localization and manipulation of optical hollow traps by means of optical-vortex diffraction
Chernivtsi National University（切尔诺维茨国立大学）；Physics Research Institute, Odesa I.I. Mechnikov National University（敖德萨伊.I.梅奇尼科夫国立大学物理研究所）；Nankai University（南开大学）
研究通过光学涡旋衍射实现光学空心陷阱可控定位与操纵，基于入射LG光束模型，通过改变屏幕边缘位置控制衍射场中OV核心位置，可实现亚纳米精度运动，分析了相关影响因素及微物体捕获操纵的有利条件。
2026-10-20 physics.optics
Non-reciprocal light diffraction by a vortex magnetic particle
本文对具有涡旋磁化分布的球形磁性粒子的光衍射进行了理论研究。它示出的衍射光的强度涉及一个非互易的贡献。这种贡献取决于粒子磁化的涡度。它似乎是由于电四极、磁偶极子的激发以及粒子中电偶极矩的增加，这取决于粒子磁化涡度。对一个钴粒子和入射光的两个线偏振态的非互易贡献的估计与最近在三角形磁性粒子晶格中的实验研究数据拟合了一个数量级。
2012-11-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Probing Optical Vortex Beams via a Controllable Anisotropic Diffractive Phase Element
本文提出利用可调谐椭圆菲涅耳相位掩模对光学涡旋光束进行衍射，仅凭一个可控参数即可直接确定拓扑荷的大小和符号，兼具简单性与紧凑性。
2025-09-01 physics.optics
Physical essence of propagable fractional-strength optical vortices in free space
分数阶矢量涡旋光束最近被证明是分数强度光学涡旋的新载体。但是，为什么这两种不稳定态结合形成的新涡旋光束能够在自由空间中稳定传播呢？本文通过揭示自由空间中可传播的分数强度光学涡旋的物理本质来解决这一科学问题，并由此提出了对这些涡旋光束的三个新的认识，即Abbe衍射极限、涡旋光束的相位演化和相位二元时间矢量特性：第一，由于Abbe衍射极限，固有偏振模纠缠在一起，从而将整个奇特的涡旋光束保持在自由空间中。对于第二种，我们证明了涡旋光束的相位演化，这是分数阶VVB偏振旋转的物理原因。对于第三种情况，相位不仅是光束的标量属性，而且表现为二值时间矢量属性。这一工作对涡旋光束的位相和阿贝衍射极限提供了完全不同的物理观点，加深了我们对经典光学中光束行为的认识。
2022-08-03 physics.optics
Diffraction properties of lights with transverse orbital angular momentum
时空光学涡旋（STOV）是时空域中一种具有相位奇异性的光学涡旋，其中的光子可以携带横向轨道角动量（OAM）。STOV显示了许多值得探索的奇妙特性。本文从理论和实验两方面研究了STOV的衍射特性，这是一种基本的波动现象。横向OAM对STOVs的衍射行为有明显的影响。STOV脉冲经光栅衍射后的衍射图样呈现多瓣结构，每个间隙对应1个拓扑电荷。研究结果对理解STOV的物理特性具有重要的应用价值，如实现对不同拓扑荷的STOV的快速检测，为基于STOV的光通信奠定基础。
2022-01-29 physics.optics
Optical Vortex Beam Propagation in Turbulent Atmosphere
采用归一化模型对涡旋光束在湍流大气环境中的传输进行了理论研究。模拟结果表明，涡旋光束在长距离传输的衍射特性方面优于传统的高斯光束。利用空间光调制器（SLM）实现了涡旋小光束的形成，在不考虑SLM固有损耗的情况下，其功率效率可达90%以上。
2016-12-08 physics.optics
Diffraction of an Off-axis Vector-Beam by a Tilted Aperture
从实验和理论上研究了径向偏振矢量光束经离轴倾斜光阑衍射时轨道角动量诱导效应的表现。进行了实验，以提取的圆偏振度，这被证明是成比例的自旋角动量密度的轴上分量。我们报告了一个明确的分离区域的右和左圆极化分别与积极和消极的拓扑电荷，这是让人想起标准的涡旋引起的横向位移，虽然在衍射的情况下。实验结果得到了模型模拟的支持，一致性是相当令人满意的。结果是有用的，以了解轨道轨道相关的影响，由于不可避免的失调问题（特别是涡旋光束）。
2022-04-27 physics.optics
Measuring the Orbital Angular Momentum of Electron Beams
电子涡旋束的出现为研究电子束与物质相互作用中的轨道角动量提供了新的可能性。为此目的，分析电子束的OAM的方法是根本重要的，并且是必要的下一步。我们演示了通过各种技术的电子束OAM的测量。实验证明了分叉全息掩模的使用、几何孔径衍射、刀口衍射和衍射透镜的应用。支持数值模拟的可行性和局限性进行了讨论。
2014-02-07 physics.ins-det physics.optics quant-ph
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
Canonical and Poynting currents in propagation and diffraction of structured light: tutorial
本教程以携带轨道角动量的圆偏振涡旋光束为例，研究结构光场传播衍射中坡印廷动量与正则动量的作用，实验证实局域动量演化符合正则动量分布，揭示其在光演化中的关键作用。
2024-05-08 physics.optics
Fresnel and Fraunhofer diffraction of a laser Gaussian beam by fork-shaped gratings
推导了高斯光束经菲涅耳衍射后，从束腰外入射到电荷为任意整数p的叉形光栅上的涡旋光束和经叉形光栅夫琅禾费衍射后的涡旋光斑的表达式。定义了光栅的通用透射函数，并将其专门用于振幅全息图、二元振幅光栅及其相位版本的情况。光学涡旋光束，或带有电荷mp和-mp的相位奇异性载体，是较高的负和正衍射级光束。其振幅的径向部分可用mp阶Gauss-doughnut函数与一个Kummer函数的乘积或一阶Gauss-doughnut函数与两个阶数与奇异电荷值不匹配的修正Bessel函数的差来描述。本文讨论了会聚透镜焦平面内近场和远场的振幅和光强分布，以及当光栅电荷p=0，即光栅由分叉变为直线时，结果的特殊性。文中还讨论了涡半径的解析表达式。
2008-06-26 physics.class-ph physics.optics
Fraunhofer diffraction of a Laguerre-Gaussian laser beam by fork-shaped grating
本文从理论上研究了径向模数为零、方位模数为l的拉盖尔-高斯激光束经p阶叉形位错衍射光栅的夫琅禾费衍射，推导并分析了衍射波场在傅里叶平面内的振幅和强度分布的解析表达式。最后给出了涡半径的表达式。
2010-11-16 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
Taxonomy of hybridly polarized Stokes vortex beams
针对混合偏振斯托克斯涡旋光束因偏振结构简并、实验噪声导致表征困难的问题，提出结合深度学习的衍射型斯托克斯偏振测量法，对15类含简并的光束实现98.67%的分类准确率，为混合偏振光束表征提供新路径。
2023-06-09 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
Diffraction characteristics of optical elements designed as phase layers with cosine-profiled periodicity in azimuthal direction
本文研究了两种位相光学元件在高斯激光束照射下的菲涅耳衍射特性。两个元件都提供相位延迟的方位角周期性。第一元件具有沉积在平面基底上的方位角余弦轮廓相变。第二元件是第一元件和薄相位轴棱锥的组合。两个衍射元件的相位延迟的余弦分布在它们的衍射图上产生方位角余弦分布调制。它破坏了它们衍射场的涡旋特性。
2011-08-28 physics.optics
Generation of optical vortex light beams by volume holograms with embedded phase singularity
从理论上研究了具有位相奇异性的厚全息元件产生的涡旋光束的特殊特性。体积HE结构基于OV光束与具有规则波前的标准参考波之间的3D干涉图案。入射光束衍射的线性单散射模型的框架内，其中的体积HE是由一组平行的薄层与“叉”全息结构表示。推导出了具有光学V的傍轴光束衍射后的复振幅分布的显式积分表达式。数值分析表明，HE厚度不仅会影响OV光束的选择性和效率，而且会影响衍射光束的振幅和相位分布及其传输的稳定性。我们已经研究了产生的OV形态及其演变规律，特别是，获得一个圆对称的OV光束，无论衍射角的可能性被揭示。
2012-03-28 physics.optics
Non-Diffractive 3D Polarisation Features of Optical Vortex Beams
由于自旋和轨道角动量之间的相互作用，矢量光学涡旋呈现出复杂的偏振模式。在这里，我们证明，无论是分析和模拟，光学涡旋光束的某些偏振功能保持恒定的横向空间尺寸独立的光束发散，由于衍射。这些极化特征出现在相位奇点附近，并且与纵向电场的存在相关联。预测的效果可能证明在计量和高分辨率成像应用中是重要的。
2022-11-08 physics.optics
Optical Vortex Ladder via Sisyphus Pumping of Pseudospin
针对任意轨道角动量光学涡旋的可控生成难题，提出基于光子石墨烯赝自旋西西弗斯泵浦的光学涡旋阶梯概念，可无衍射可调谐生成任意阶涡旋，为拓扑奇点的光束调控应用开辟新路径。
2024-04-17 physics.optics
Orbital angular momentum and informational entropy in perturbed vortex beams
从理论和实验上研究了涡旋光束在硬边光阑扇形微扰作用下的变换。研究了扰动光束的涡旋谱、轨道角动量和信息熵的变化。我们发现，相对较小的角度扇区扰动对OAM几乎没有影响，尽管由于光阑边缘衍射引起的新光学涡旋的诞生，信息熵迅速增加。在大扰动角下，角和OAM之间的不确定原理涉及具有正和负拓扑电荷的涡旋，使得OAM减小到几乎为零，并且熵急剧增加。
2019-09-14 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
High-fidelity ptychographic imaging of highly periodic structures enabled by vortex high harmonic beams
重叠关联相干衍射成像能够在极紫外线和X射线波长下对纳米级结构进行衍射限制成像，而在这些波长下无法获得高质量的成像光学器件。然而，它依赖于一组不同的衍射图案，使得使用重叠关联成像对高度周期性的样品进行成像具有挑战性，限制了其在电子和光子器件缺陷检测中的应用。在这里，我们使用涡旋高谐波光束驱动的激光携带轨道角动量，实现极紫外重叠成像的高度周期性的样品具有高保真度和可靠性。我们还证明，第一次，我们的知识，重叠关联成像的一个孤立的，近衍射限制的缺陷，否则周期性的样品使用涡旋高谐波光束。这种增强的计量技术可以实现对下一代纳米、能量、光子和量子器件的高度周期性结构的高保真成像和检查。
2023-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
A new kind of Hermite-Gaussian-like optical vortex generated by cross-phase
我们提出了一种新的光学涡旋称为厄米高斯光学涡旋（HGOV）的启发，交叉酶（CP）。从理论上讲，我们研究了CP是如何从柱面透镜的相位解耦的。我们还研究了HGOV的传播特性，它具有类似厄米-高斯的强度分布，但仍然保留轨道角动量。此外，我们推导了全息光栅的菲涅耳衍射积分，并研究了其在无穷远处的纯度。此外，我们还提出了一种新的HGOV自测量功能。最后，我们表明，我们可以改变奇点的相对位置和方向的HGOV精确，这有利于在光学微操作的应用。
2020-05-14 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
Measurement of the vortex spectrum in a vortex-beam array without cuts and gluing of the wavefront
提出了一种实时测量复杂波束阵中部分涡旋波束振幅和相位平方的新方法。该方法是基于测量高阶强度矩和分析的线性方程组的解决方案。校准测量表明，至少对于10-15个光束的阵列，测量误差不超过4%。当测量具有不同分数光学涡旋拓扑荷的光束时，我们发现，对于与整数阶涡旋数量急剧增加相关的拓扑荷的小偏差，OAM急剧下降。与传统的衍射方法相比，这种方法例如用于光纤中的太比特信息处理的应用提供了显著的优点，并且当不仅调制OAM而且调制部分光束的相位时，开辟了信息压缩器的附加可能性。
2018-07-23 physics.optics
Geometric Metasurface Fork Gratings for Vortex Beam Generation and Manipulation
近年来，具有轨道角动量的涡旋光束由于其在大容量光通信中的应用潜力而受到广泛关注。这种能力源于轨道角动量（OAM）的无界拓扑荷，它为编码信息提供了无限的自由度。产生涡旋光束的两种最常见的方法是通过叉形衍射光栅和螺旋相位板。虽然传统的螺旋相位板的实现需要复杂的3D制造，但新兴的超颖表面领域为产生任意轨道角动量的涡旋光束提供了平面和简便的解决方案。在这里，我们实现了一种新型的几何超颖表面叉光栅，无缝地结合了超颖表面相位板的功能，用于产生涡旋光束，和线性相位梯度超颖表面的功能，用于控制波的传播方向。因此，超颖表面叉形光栅能够同时控制光的自旋和轨道角动量。
2016-05-03 physics.optics
Vector spherical quasi-Gaussian vortex beams
本文采用复源点法，通过矢量分析，导出了描述和有效计算紧球形聚焦高阶电磁涡旋光束辐射轮廓的模型方程。这种解被称为高阶准高斯涡旋光束，严格满足矢量亥姆霍兹方程和麦克斯韦方程。它的特点是一个非零的整数度和顺序（n，m），分别是一个任意腰w0，衍射收敛长度称为瑞利范围ZR，和方位角相位依赖性的形式，对应于一个涡旋光束的复指数。高阶解的一个吸引人的特点是对强聚焦（或强发散）涡旋波场的严格描述，而不需要高阶修正，也不需要数值密集的方法。给出了高阶qG涡旋光束的解析表达式和数值计算结果，重点讨论了基于矢量势的轴向和横向偏振方案的高阶qG涡旋光束的束腰特性。
2014-02-06 physics.optics
Probing higher OAM of LG beams via diffraction through translated single slit
拉盖尔-高斯（LG）光束携带轨道角动量（OAM）作为其相位轮廓中的奇异性的结果。在这项工作中，我们使用一个可移动的单缝探测LG光束的OAM。我们调用固定相位的方法来确定不同拓扑电荷的衍射图案，观察这些图案如何变化时，狭缝横向移动，并显示，通过查看不同的狭缝位置的衍射图案，我们可以确定入射光束的轨道角动量。使用数字微镜器件（DMD）作为动态狭缝，我们能够获得更高的$\ell$，这是不可能在以前的作品涉及狭缝衍射。我们的研究结果是有价值的OAM特别是光束的研究，目前的检测技术还不成熟，例如，光束的波长是在太赫兹制度或光束的更高的能量，如电子涡旋光束。
2018-11-27 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
Analytical description of high-aperture STED resolution with 0-2$π$ vortex phase modulation
受激发射耗尽（STED）技术通过对荧光焦斑边缘的抑制，突破了光学衍射极限，实现了光学超分辨。以前，实验上普遍认为STED功率与分辨率之间存在平方根反比关系，但没有严格的解析描述。本文从矢量光学理论出发，对广泛应用的0-2 $π$涡旋相位调制器，分析了STED功率与可达分辨率之间的关系。计算了高数值孔径物镜焦区的电磁场，并将其近似为多项式，导出了分辨率与STED强度的解析表达式。因此，可以直接从染料的饱和功率和所施加的STED功率的测量来估计分辨率。
2013-02-07 physics.optics
Optical vortex crystals with dynamic topologies
涡旋晶体是在各种物理领域中发现的涡旋的几何阵列，由于其规则的内部结构是在空间受限的系统中相互作用的结果。在光学中，涡旋晶体可以在非线性谐振器内自发形成，但它们的有用性受到缺乏对其拓扑结构的控制的限制。另一方面，在自由空间中使用的可编程器件，如空间光调制器，允许设计几乎任意的涡旋分布，但没有任何内在动力学。通过将非厄米光学与超颖表面实现的按需拓扑变换相结合，我们报道了一种固体激光器，该固体激光器产生具有相互作用和可主动调谐拓扑的涡旋晶体。我们展示了10 × 10相干涡旋阵列与非局部耦合网络，不限于最近邻耦合，而是由晶体的拓扑结构。涡旋晶体表现出尖锐的布拉格衍射峰，见证他们的连贯性和高拓扑电荷纯度，我们解决了空间上的整个晶格通过引入一个并行化的分析技术。通过在光源处构造光，我们实现了复杂的变换，允许任意划分腔内的轨道角动量并修复拓扑电荷缺陷，使这些谐振器成为拓扑光学高级应用的强大而通用的工具。
2021-07-22 physics.optics
Nano-Focusing of Vortex Beams with Hyperbolic Metamaterials
本文利用双曲超材料中的高面内波数模式实现涡旋光束的亚衍射极限聚焦，并通过自旋-轨道相互作用形成深亚波长光学斯格明子，为纳米尺度光与物质相互作用研究开辟新途径。
2024-06-07 physics.optics
Reconfigurable vortex beam generator based on the Fourier transformation principle
提出了一种在光子芯片上产生不同轨道角动量阶数任意叠加涡旋光束的方法。提出了一种利用傅里叶变换原理，通过控制片上入射光的幅值和相位，实现对不同OAM器件的调制的分布式傅里叶全息光栅，将波导中传播的光波转换为自由空间中的涡旋光束。作为一个例子，我们研究了一个典型的器件组成的九个傅里叶全息光栅的扇形波导。通过标量衍射计算，可重构涡旋光束发生器输出光束的OAM可以通过调节输入光场的相位在-2到2阶范围内按需控制，数值计算表明，所产生的涡旋光束保真度在0.69以上。傅里叶全息光栅的工作带宽约为80 nm，保真度大于0.6。我们的工作提供了一种可行的方法来操纵涡旋光束或检测任意叠加的OAM，它可以用于集成光子结构的光学捕获，信号处理和成像。
2018-04-10 physics.optics
High-angle diffraction of a Gaussian beam by the grating with embedded phase singularity
对高斯光束经沟槽分叉光栅衍射产生的涡旋光束的空间特性进行了理论和数值分析。与以前的工作相比，不再需要小角衍射条件，衍射光束可以强烈变形。这导致强度轮廓旋转和高阶OV分解成一组次级单电荷OV。定量地研究了这些效应，并与拉盖尔-高斯光束经过柱面伸缩变换后的类似特性进行了比较。与后一种情况相反，次级OV不在射束截面内的单个直线上，并且由相同射束承载的各个次级OV的形态参数通常是不同的。规定了次级OV相对于束横向尺寸的最大相对分离的条件。所得结果可用于实际产生具有预定特性的OV光束和OV阵列。
2009-07-15 physics.optics
Spin-orbit interaction of light and diffraction of polarized beams
基于傍轴光学和菲涅耳-基尔霍夫近似，对均匀偏振光光束的边缘衍射进行了理论研究，预测了衍射光束的衍射图样与入射光束偏振态的关系。如果入射光束是圆偏振的，则衍射光束重心的轨迹经历与几何预期方向的小角度偏差。该偏差平行于屏幕边缘，并且与偏振旋向性的符号相反;它是针对具有平面波前的高斯入射光束的情况明确计算的。这种效应是光的自旋-轨道相互作用的一种表现，可以解释为圆偏振光束内部自旋能流的直接揭示。同时也揭示了与圆偏振入射光束相关的弱纵场分量的涡旋特性。
2017-04-14 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
Amplitude Structure of Optical Vortices Determines Annihilation Dynamics
本文研究光涡旋对的湮灭动力学，发现涡旋核初始尺寸可操控湮灭过程，流体动力学主导运动，减小核尺寸可阻止湮灭。
2023-09-05 physics.optics
Soft X-ray Vortex Beam detected by In-line Holography
我们演示了具有轨道角动量的软X射线涡旋光束的同轴全息术。全息图被记录为来自叉形光栅的布拉格衍射波和由菲涅耳波带片产生的发散波之间的干涉。所获得的图像表现出叉形干涉条纹，这证实了涡旋光束的形成。通过对干涉图像的分析，成功地得到了螺旋相位分布。结果表明，同轴全息技术是有前途的拓扑磁体，如磁skyrmion的表征。
2020-06-30 cond-mat.mes-hall 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
Hybrid Bound States in the Continuum beyond Diffraction Limit
Loughborough University（拉夫堡大学）；University College London（伦敦大学学院）
本研究提出了一种超越衍射极限的混合连续态，通过调控对称性和参数实现光子晶体中高阶衍射态的抑制与控制，为新型光子器件开发提供新思路。
2026-01-11 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
Non-symmetrical vortex beam shaping in VECSEL laser arrays
提出一种在简并垂直外腔面发射激光器中生成非对称涡旋光束的新方法，通过二元振幅掩模控制激光阵列间的复耦合与相移，并推广了Henry因子公式以覆盖复耦合情况。
2024-09-27 physics.optics
Focused Azimuthally Polarized Vector Beam and Spatial Magnetic Resolution below the Diffraction Limit
具有极化涡旋的方位电极化矢量束（APB）的一个显著特征是它包含一个磁主导区，在该磁主导区内电场理想地为零，而纵向磁场最大。应用菲涅耳衍射理论和平面波谱（PWS）计算来量化这样的光束在通过透镜聚焦时的场特征。在透镜的焦平面上，光束的纵向磁场强度分布的衍射极限半高宽（FWHM）和光束的环形总电场强度分布的互补FWHM（CFWHM）被检查为透镜的近轴焦距的函数。然后，我们将一个亚波长的致密介质Mie散射体放置在一个自立的会聚APB的最小腰平面上，并首次证明了在光学频率下实现了非常高的分辨率磁场，总磁场FWHM为0.23λ（即，0.04λ^2的磁场斑点面积）。这里所示的理论是有价值的发展的光学显微镜和光谱系统的基础上的磁偶极跃迁，这是在一般情况下比他们的电同行弱得多。
2016-05-10 physics.optics
Recovery of local entanglement in self-healing vector vortex Bessel beams
无衍射光场最吸引人的特性之一是它们在经典和量子体系中都能在存在障碍物的情况下重建传播。在这里，我们证明了空间和偏振自由度之间的局部纠缠或不可分离性也会自我修复。我们测量并量化了两个自由度之间的不可分离度，当传播背后的各种障碍物，这是数字生成的。实验结果表明，即使在阻塞后不可分离度降低，但在经典自愈距离内，不可分离度恢复到最大值。为了证实我们的发现，我们进行了Clauser-Horne-Shimony-Holt Bell不等式测量，证明了不可分离性的自重构。这些结果表明，通过选择合适的包络波函数，可以恢复光子内部自由度之间的局域纠缠。
2018-05-21 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
Geometric phase associated with Poincaré beams due to unfolding of fractional optical vortex beams
利用混合螺刃位错的计算全息图对高斯光束进行衍射，产生分数阶涡旋光束。将产生的分数涡旋光束展开为双折射晶体内的本征偏振分量，导致光束横截面中的标量相位奇异性转换为矢量偏振奇异性。椭圆场的奇点即C点（未定义长轴的点）和L线（未定义手性的线）穿过光束的演化量化了变换。的位错，横向空间分离和纵向相对相位的两个本征偏振分量上确定的复杂的横向偏振结构的分数阶决定的相位形态的效果进行了研究。所产生的庞加莱光束的性质也通过将偏振态投影到庞加莱球上来表示。随着位错阶数从0.0逐步增加到1.0，相对相位的增加，部分庞加莱梁转化为完整的庞加莱梁。对于不同的展开视场光束的动态相位差，通过C点周围庞加莱球轮廓的几何相位来测量C点周围局部结构的变化。该研究为涡旋光束在不同几何相位下的应用提供了参考。
2019-06-05 physics.optics
Orbital Angular Momentum Transfer and Beam-Quality Limits in Fork-Grating Electron Diffraction
School of Physics and Engineering, ITMO University（ITMO大学物理与工程学院）
该研究分析叉形光栅产生电子涡旋束的OAM转移与光束质量极限，推导衍射级次OAM统计量，明确Hartree自场对传播轮廓的影响，为电子涡旋束的相关应用提供理论支撑。
2026-10-14 physics.optics quant-ph
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
