在真空中电磁场的整体运动和内部运动

把电磁场的运动区分为整体运动和内部运动。内部运动由内禀项以及相对于场惯性中心的运动项所组成。在一般情况下,惯性中心的速度小于光速 c,导致电磁场作为一个整体,应该具有静止质量的结论。把光子理解为一个电磁模的元激发,光子亦具有内部运动。光子的内部运动使得光子也具有静止质量。     

光的自旋-轨道相互作用北大核心CSCD

光的自旋-轨道相互作用是指光的自旋角动量和轨道角动量之间的相互作用,它存在于反射、折射、散射、衍射、聚焦等基本的光学过程中。在传统大尺度量级的经典光学中可以忽略自旋-轨道相互作用的影响,但在亚波长尺度下,自旋和轨道角动量之间会发生强耦合。对光的自旋-轨道相互作用的基本起源和重要应用进行了综述。首先,介绍了光的自旋-轨道相互作用的两个重要基本概念:光子角动量和几何相位理论。其次,分别介绍了自旋-内禀轨道角动量和自旋-外禀轨道角动量两种相互作用的基本原理。然后,重点介绍了光自旋-轨道相互作用的研究进展以及代表性应用。最后,对光自旋-轨道相互作用相关研究面临的挑战和未来的研究方向进行了展望。     

光声耦合与光子Cooper对

文中研究了光声耦合所导致的光子Cooper对的形成机制，计算了光子Cooper对的能隙（0.01eV）和尺度（10^-5m)以及内禀角动量（奇数），并简要讨论了几十开低温下介质中光的超流效应的可能性。由于在低温下， 光子Cooper对不容易受到热运动的激发，因此有可能存在光的超流现象。     

弱湍流大气中部分相干涡旋光束的轨道角动量特性

根据轨道角动量谱理论,推导了部分相干拉盖尔-高斯光束轨道角动量态的功率表达式。分析了相干长度、束宽对轨道角动量的影响,讨论了弱湍流大气中部分相干-拉盖尔高斯光束轨道角动量特性。结果表明:部分相干拉盖尔-高斯光束在相干长度与束腰半径比值固定的情况下,其初始轨道角动量态相对功率不会随着束腰半径的改变而变化。在部分相干拉盖尔-高斯光束初始相干长度与束腰半径取值大小相同的情况下,随着束腰半径的增大,光束在弱湍流大气中传输1 km处的初始轨道角动量态相对功率减小。     

原子辐射中的光子相位与经典相位

原子辐射过程是纯量子效应,而光波作为一种经典波动可以用经典相位来描述,那么原子辐射在什么情况下才可以用相位描述呢? 光子具有三个空间自由度和一个内禀自由度,单个光子的量子状态在平面波为背景的描述下是由动量的三分量和偏振构成完备集;在以球面波为背景的描述下则是由能量,角动量平方,角动量Z分量和宇称构成完备集。这两种描述是等价的,但与经典相位并无直接关系。利用相干态可以非常自然地解释一个微观量子系统怎样能够表现出宏观的集体     

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。     

部分相干径向偏振涡旋光焦场轨道角动量特性

将部分相干径向偏振涡旋光束的轨道角动量应用于焦场目标探测,根据部分相干及Richards-Wolf矢量衍射积分理论,推导了光束焦场目标平面处的光场分布,讨论了焦平面处的轨道角动量密度分布特性,分析了入射光束的相干长度和聚焦透镜的数值孔径对纵向分量轨道角动量密度分布和轨道角动量的影响。结果表明,随着相干长度的增大,轨道角动量和轨道角动量密度迅速变大,当增大至0.5 cm后,轨道角动量和轨道角动量密度的变化趋于平缓,此后,相干长度的变化不再影响轨道角动量和轨道角动量密度分布。随着数值孔径的增大,轨道角动量和轨道角动量密度始终表现出增长的变化趋势,并且,变化程度在数值孔径大于0.7后越来越大。     

电磁搅拌作用下激光熔池电磁场、温度场和流场的数值模拟

建立了描述电磁搅拌辅助激光熔凝过程的电磁场和流场的三维数学模型,采用有限元和有限体积结合的方法实现激光熔池中电磁场与温度场及流场的耦合模拟分析,研究了电磁场对激光熔池流场与温度场的影响。结果表明,电磁力在水平面上呈周向分布,切向电磁力的大小从熔池边缘到中心递减;在旋转磁场的作用下,熔池内温度略有降低,温度梯度减小;熔池内液体趋向旋转运动,速度场分布与电磁力相似;熔池纵向环流增加,使熔池内的熔体对流加剧,有利于传热,加快冷却;激励电流大小对电磁场和熔池流场有明显影响。为激光加工提供理论参考。     

基于导线阵列的微电磁力驱动细胞运动的研究

在硅片上制作多层交叉网格导线。当给导线通上适当电流并控制通电导线的电流方向,在相应的导线交叉网格区域会产生一个微电磁场,对磁场中的微磁粒子产生吸引力。如果把细胞和这些磁粒子结合在一起,就可以利用该微电磁场对细胞进行定位。改变不同导线的通电时序形成运动的微电磁场,进而可以控制微磁粒子的运动,也就控制了细胞的运动。仿真结果证明,采用导线阵列产生的运动微电磁场,可以对细胞进行精确定位和运动控制。     

微波谐振腔运动时电磁场的能量和动量

依据电磁场的相对论变换,计算了矩形微波谐振腔匀速运动时电磁场的能量和动量。初步计算的结果表明:电场方向平行于谐振腔运动方向的波模(0,n,p)的电磁场的(一个周期平均)能量和动量完全类比于运动粒子的相对论能量和动量;但电场方向垂直于谐振腔运动方向的波模(m,n,0)的电磁场的(一个周期平均)能量和动量完全不同于运动粒子的相对论能量和动量。因此,当谐振腔的载体作高速机动时,两种波模的电磁场在相关电路中诱发的电扰动将不同。     

激发涡旋电磁波的同相位馈电圆形天线阵设计

现有的线极化天线单元组成的圆形天线阵要激发涡旋电磁波,需对天线阵进行等相位差馈电,馈电网络结构较复杂。文中首先从理论上探讨利用圆极化天线单元组成的圆形天线阵产生涡旋电磁波的可能性,基于圆极化波传播特性,通过旋转圆极化天线单元而使相邻天线单元的远区辐射场产生相位差,导出圆形天线阵远场区的电磁辐射公式,论证圆极化的圆形天线阵在同相位馈电时能产生涡旋电磁波束。进而,以8 个天线单元构成的圆形天线阵为例进行仿真验证。结果表明,通过合理的天线单元角度分布替代移相器模块功能,只需使用相同相位的馈电端口就能产生l =0,±1,±2,±3 七种模式的轨道角动量,这种新型轨道角动量激发技术有效提升了馈电网络设计的灵活性。     

面向无线通信的轨道角动量关键技术研究进展

电磁涡旋因携带轨道角动量而具有高维可调制自由度,被引入无线通信中以提升频谱效率和抗干扰能力。该文首先介绍了轨道角动量和电磁涡旋的基本原理与特性;然后比较了电磁涡旋的产生方法,给出了超表面产生轨道角动量的工作原理,综述了基于超表面的轨道角动量产生方法和研究现状;总结了轨道角动量的传输性能、接收与检测方法、复用与解复用性能;最后讨论了未来在应用无线通信轨道角动量时需要解决的关键问题。     

Earth Rotation and Polar Motion: Measurements and Implications

Earth rotation and polar motion studies are embarking on a new era with the advent of highly accurate space geodetic techniques and the availability of global atmospheric angular momentum measurements. Space geodesy is opening new doors, answering old questions, and posing new ones. The angular momentum balance and the transfer of angular momentum between the solid Earth, atmosphere, and oceans are emerging as a problem of great scientific interest overlapping many areas, such as atmospheric science, oceanography, geodesy, and geodynamics. Here, the measurements of Earth rotation and polar motion (collectively referred to as Earth orientation) are described; the combination, smoothing, and intercomparison of these results from various techniques are presented. The calculation of atmospheric angular momentum (AAM) excitation functions are outlined; comparisons of the AAM excitation functions with variations in the length of day (LOD) and polar motion results are discussed. The associated geophysical implications (e.g., J2, 50-day oscillations) are stressed; anticipated advances and prospects for the future are high lighted.     

涡旋电磁波旋转多普勒效应研究进展

依据多普勒效应,传统雷达可以实现对运动目标探测,但是在对旋转目标的角向运动趋势感知存在检测盲区。涡旋电磁波的旋转多普勒效应的发现,因有助于解决直视下的旋转目标的角向运动趋势感知问题,引起了国内外研究人员的广泛关注。该文主要介绍了近年来涡旋电磁波旋转多普勒效应的研究进展,特别是微波波段的相关研究成果,包括目标在准轴和非准轴状况下的旋转多普勒效应研究,复杂运动条件下的径向多普勒、微多普勒和旋转多普勒效应的解耦合研究,以及旋转多普勒效应在雷达成像和测速中的应用研究。同时,该文也对该领域亟待解决的问题进行了总结分析,并对未来的研究方向及相关应用进行了展望。      

Electrodynamics of anisotropic media with space and time dispersion

The average stress tensor, power-flow density, momentum density, and energy density for electromagnetic waves in a linear stationary anisotropic medium with space and time dispersion are clarified with the help of the second-order nonlinear terms in the equation of motion for polarization. The wave fields are connected with the medium-mass motion through the nonlinear terms; the net force between the fields and the medium mass plays a crucial role in interpreting the stress tensor and the wave momentum. Asymmetry in the space-space part of the energy-momentum tensor, which is quadratic in the field fluctuations, is ascribed to anisotropic restoring forces of the polarizations; asymmetry in the space-time part is attributed to nonvanishing average forces between the fields and the medium-mass motion.     

A discussion of rotating wave fields for microwave applications

The concepts of angular momentum, resonant frequencies, and electromagnetic fields in different types of rotating wave modes are studied. A number of interesting and unique properties of rotating waves are discussed, including their constant electric and magnetic field energies. The range of current uses for rotating waves is indicated. An analysis of rotating waves in cylindrical cavity resonators is presented. The TM₁₁₀ rotating mode for a cylindrical resonator is discussed in some detail     

基于多模态OAM涡旋电磁波的L波段宽频阵列天线设计

频谱资源紧缺已成为无线通信技术发展的瓶颈．本文通过控制阵元间馈电相位差将轨道角动量（orbit-al angular momentum）技术应用于阵列天线中,利用L型探针馈电微带贴片天线沿圆周等距排列设计出一种工作频段在1．35GHz～1．86GHz,相对带宽达到31．8％的8阵元涡旋电磁波宽频微带天线．仿真实验表明,该天线可以产生具有多模态轨道角动量的涡旋电磁波,当用于移动通信系统的发射端,它能够实现在同一时间、同一频率下的多路信号传输,提高了系统的容量和传输速率．     

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。