论涡旋电磁波轨道角动量传输新维度

轨道角动量（OAM）是电磁波的固有物理量,与电场强度的物理量纲线性无关,可构成无线传输中的新维度。从电磁波资源利用和发展的历史出发,分析了电磁波轨道角动量的物理特征,明确了只有电磁波量子携带内禀OAM的涡旋电磁波传输系统才可以获得MIMO传输以外的无线传输新维度;统计态OAM涡旋波束中的电磁波量子形成的外部OAM与空域维度相耦合,无法构成MIMO传输以外的新维度,但在直射视距（Lo S）信道时可获得额外自由度和较低的复杂度。依据信道容量的不同,将典型涡旋电磁波OAM传输系统划分为4个不同区域,并着重指出量子态OAM涡旋电磁波传输可以形成超越传统MIMO容量界的含有OAM维度的新MIMO容量界。     

光学轨道角动量复用纠缠源的实验产生及其应用北大核心CSCD

光既可以携带自旋角动量,也可以携带轨道角动量。自1992年由Allen等提出光学轨道角动量的基本概念以来,光学轨道角动量已吸引了越来越多学者的研究兴趣。光学轨道角动量具有无限带宽以及不同模式相互正交等特点,这使得通过光学轨道角动量来传递信息变成一项十分有前景的技术。在概述光学轨道角动量基本概念的基础上,重点综述了在连续变量系统中利用四波混频过程制备光学轨道角动量复用的纠缠源,包括13对复用的连续变量纠缠确定性产生、9组光学轨道角动量复用的三组份纠缠的制备、基于66个光学轨道角动量模式的大规模量子网络的实现,以及光学轨道角动量复用纠缠源的最新应用,包括利用光学轨道角动量复用的连续变量纠缠实现9通道全光量子隐形传态以及光学轨道角动量复用型量子密集编码。     

涡旋电磁波轨道角动量传输技术

携带轨道角动量(OAM)的电磁波被称为涡旋电磁波,可进一步分为量子态OAM电磁波和统计态OAM电磁波2种.其中,量子态OAM电磁波中每个电磁波量子的内禀OAM不为零,可利用OAM物理量形成无线传输新维度;统计态OAM电磁波则是利用电磁波量子的外部OAM形成具有正交螺旋相位面的统计态波束,由于统计态波束与空域的紧耦合关系...     

光子轨道角动量量子态传输研究进展

携带轨道角动量(OAM)的光束理论上拥有无限个相互正交的本征态,因此可以作为独立信息传输光束促进大容量经典光通信的发展。在量子信息领域,近年来高维量子系统因为有更大的信道容量和更强的抗噪声能力引起了研究人员的极大兴趣,而光子OAM出色的维度拓展能力使其成为实现高维量子系统的重要手段。综述了光子OAM传输的研究进展,重点介绍和分析了自由空间、光纤以及水下等多种传输方式下OAM量子叠加态和纠缠态分发工作,并对实际应用中面临的问题和潜在的解决方案进行了阐述,可为相关领域研究者提供参考。     

基于光学衍射神经网络的完美涡旋光轨道角动量识别北大核心CSCD

完美涡旋光束(POVB)是径向强度分布和半径均与光束轨道角动量(OAM)状态无关的一类涡旋光,已被应用于光学操控、光通信、激光材料处理等领域。其中, POVB轨道角动量状态的探测是关键且有挑战的技术。本研究通过并行梯度下降算法,构建了光学衍射神经网络(DNN),实验上实现了轨道角动量阶数在-50~+50范围内的POVB的识别。在此过程中,衍射转换效率可达58%。本研究为POVB的OAM探测提供了新的思路,在POVB的各类应用中均存在潜在应用价值。     

高阶衍射级光束的轨道角动量北大核心CSCD

为研究高阶衍射级光束的轨道角动量,基于计算全息法在空间光调制器的傅里叶平面产生了不同衍射级的完美涡旋光束,并利用球面波干涉法对其拓扑荷值进行了测量。理论和实验结果表明不同衍射级p上的整数阶和分数阶完美涡旋光束的拓扑荷值l都满足l=mp的关系,其中m是相位掩模板的拓扑荷值。并进一步对不同衍射级的光学涡旋阵列进行了实验研究,结果表明光学涡旋阵列中光学涡旋的拓扑荷值满足l=p的关系,高阶衍射级上的衍射光束比+1级衍射光束具有更大的轨道角动量。该研究为光学涡旋及光学涡旋阵列进一步的研究及应用提供了理论和实验参考。     

轨道角动量光束中的经典光关联及其应用研究北大核心CSCD

量子光场的关联性质是量子光学研究的一个重要主题。在对其深入挖掘的过程中,人们在经典光场关联性质方面的研究也取得了一系列重要进展。尤其是结合近二十年来在光信息处理方面备受关注的轨道角动量自由度,观察到许多与高维量子光关联性质相对应的现象。本综述对轨道角动量光束中的经典光关联相关研究进行了总结,介绍了轨道角动量光束中的局域不可分离性及其应用,对空间可分离轨道角动量光束中的经典光关联也做了讨论。特别地,作为一种潜在的量子过程研究平台,还对基于轨道角动量光束的随机行走研究作了介绍。     

利用具有自旋角动量的光束实现微粒的旋转

从理论上分析了偏振光束与双折射晶体粒子的相互作用过程,讨论了由于光束自旋角动量向晶体粒子的传递所导致的光致旋转效应的原理,通过MATLAB仿真分析,研究了粒子的旋转频率随激光功率的变化关系,得出粒子转动频率与激光功率成正比.利用光镊装置,采用波长为632.8 nm的He-Ne激光器,在不同的激光功率下实现对不同半径双折射粒子的旋转,测量了光致旋转的转动频率,最高转速可达5 r/s,并得出了不同粒子的旋转频率随激光功率的变化关系,实验结果和理论分析基本一致.分析了产生误差的原因,其中载波片底面的摩擦影响最大.     

光子轨道角动量在量子通信中应用的研究进展

轨道角动量是光子的量子态,具有轨道角动量的光束在光通信等领域中得到了广泛的应用,是目前国内外研究的热点方向之一,特别是轨道角动量可作为自由空间量子信息物理载体的重要选择,这将对量子通信领域带来重要的影响。介绍了光子轨道角动量的定义、产生,简要列举当前的相位、偏振编码经典的两类量子密码通信方案以作对照,以提出的光子轨道角动量密码通信方案为例,着重介绍了光子轨道角动量在量子通信中的应用研究及展望。     

具有轨道角动量的空间光孤子的研究进展

介绍了具有轨道角动量的空间光孤子的研究进展,包括两个方面的内容:具有轨道角动量的椭圆形光束可以在各向同性介质中以孤子状态稳定传输;具有轨道角动量的光强旋转型孤子在传输材料、光束模式和光束起转方式方面的研究进展.     

利用具有自旋角动量的光束实现微粒的旋转

从理论上分析了偏振光束与双折射晶体粒子的相互作用过程,讨论了由于光束自旋角动量向晶体粒子的传递所导致的光致旋转效应的原理.研究了粒子的旋转频率随激光功率的变化关系,讨论了粒子自身的性质,如厚度、半径和晶体粒子的光轴取向等因素对粒子光致旋转转动速度与激光功率关系的影响.     

应用诱骗态的光子轨道角动量测量设备无关量子密钥分发协议的研究

轨道角动量作为量子信息的一种载体,可应用于测量设备无关量子密钥分发协议中,来消除发送端和接收端间的基校准。诱骗态技术可以消除量子密钥分发协议采用弱相干光源时易被分裂攻击的缺陷。本文将轨道角动量态、测量设备无关方案和诱骗态方案相结合,设计一种基于高效轨道角动量分离方法的诱骗态光子轨道角动量测量设备无关量子密钥分发协议方案,避免了极化方案中对极化基的依赖性缺陷,提高了密钥速率,本文给出了该方案密钥速率的理论推导,并分别对采用无限个诱骗态和两个诱骗态时该方案密钥速率进行了仿真。研究结果表明,在相同条件下,基于轨道角动量的MDI QKD协议方案比极化方案密钥速率更高。      

一种可传输轨道角动量的螺旋光子晶体光纤北大核心

设计了一种基于阿基米德螺线的新型螺旋光子晶体光纤,该光纤以二氧化硅为基底材料,包层由24个螺旋臂组成,每个螺旋臂包含11个小空气孔,纤芯设有大空气孔,包层与纤芯中间的环形区域用于传输轨道角动量模式。该结构在1300~1800 nm波段上可支持22种轨道角动量模式稳定传输,在1550 nm波长下,有效折射率差最高可达2.89×10^(-3),色散系数最低可达66.4 ps/(nm·km),非线性系数最低可达2.17 W^(-1)·km^(-1),且1500~1600 nm波段上的色散值变化均小于15.15 ps/(nm·km)。此螺旋光子晶体光纤不仅结构简单,且具有低非线性、色散平坦的性能,为螺旋光子晶体光纤的设计提供了思路。     

轨道角动量技术在无线通信中的应用

智能终端的普及以及移动互联网应用的蓬勃发展,使容量需求与频谱资源短缺的矛盾日益突出。轨道角动量可以在不增加系统带宽的情况下,极大地提高系统容量,引起业内广泛关注。本文分析了轨道角动量的工作原理,介绍了轨道角动量技术在无线通信中的研究进展,探讨了轨道角动量在无线通信中应用所面临的问题及挑战。     

新型InP基光子轨道角动量集成光源设计与仿真

利用光子轨道角动量(OAM)可以大幅度提高通信系统的频谱效率和容量,从而满足未来通信容量不断增长的需求.以InP基半导体外延材料为基础,设计了一种将分布反馈(DFB)半导体激光器与OAM光转换器件集成在一起的有源半导体OAM光束发射器,并对这种结构进行了参数设计和模型仿真.     

轨道角动量传输光纤的研究进展

基于光纤中光子轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的模式复用技术在提高光通信容量方面具有很大的潜力.适合于传输OAM模式的光纤通过材料和结构的优化设计逐步实现了 OAM信号传输更稳定、传输距离更长,OAM模式更多等特性.文章从光纤的模式叠加理论出发,分析比较了各种传输OAM模式光纤的研究成果、优缺点以及适合的应用场景,包括基于传统光纤设计的环状光纤、超模光纤,以及基于光子晶体光纤设计的六角和圆形光子晶体光纤等.最后对适合于传输OAM模式光纤的发展前景做了展望.     

Microwave Orbital Angular Momentum Mode Generation and Multiplexing Using a Waveguide Butler Matrix

In this paper, we propose a convenient microwave orbital angular momentum (OAM) mode generation and multiplexing method operating in the 18 GHz frequency band, based on a uniform circular array and a Butler matrix. The three OAM modes ?1, 0, and +1 were generated and verified using spatial S‐parameter measurements; the measured back‐to‐back mode isolation was greater than 17 dB in the full 17 GHz to 19 GHz range. However, the radiated OAM beam centers were slightly dislocated and varied with both frequency and the mode index, because of the non‐ideal characteristics of the Butler matrix. This resulted in mode isolation degradation and transmission distance limitations.