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。     

气体高次谐波产生中的角动量守恒

随着激光技术的迅猛发展，超快光学已经成为现代物理学研究中一个非常重要的前沿领域。高次谐波作为产生超短激光脉冲的重要手段之一，在近十年内快速发展。本文综述了气体高次谐波产生过程中存在的自旋角动量守恒、轨道角动量守恒、自旋-轨道相互作用以及由此引出的新奇物理现象，总结了现阶段研究所存在的部分空白与挑战。将结构光场应用于高次谐波领域极大地丰富了人们研究光与物质相互作用的手段，为光学操控和强场物理带来了新的机遇。     

椭圆厄密-高斯光束的轨道角动量密度分布

在简述傍轴条件下光束轨道角动量密度一般计算的基础上,运用张量方法,对椭圆厄密高斯光束的轨道角动量密度进行了理论分析,得到了计算该种光束的轨道角动量密度分布的公式,并在不同参数条件下通过数值模拟给出了直观的密度分布结果.     

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。     

“轨道角动量:从经典光学到量子信息”专辑前言北大核心CSCD

光子既是经典信息也是量子信息的理想载体。单个光子不仅可以携带自旋角动量,还可以携带轨道角动量。自旋角动量的研究历史比较悠久,早在1909年, Poynting就将宏观上光波的圆偏振态和微观上单个光子的自旋角动量联系起来。但直到1992年,荷兰Leidon大学的Allen等才在理论上确认光子也可以携带另外一种形式的角动量――轨道角动量,它来源于光波的螺旋相位。     

有限光束的表示方法及物理性质

介绍了在非近轴光束的表示理论、非近轴光束的整体参量、轨道角动量、横向效应以及光的自旋霍尔(Hall)效应等有限光束的物理性质研究中所取得的进展。以平面波谱表示方法为基础,发展了一套有限光束的表示理论,在规定光束全局琼斯矢量(称为广义琼斯矢量)的基础上,提出了一个全局特征单位矢量,发现这两个全局量在有限光束的表示中具有重要的作用。利用该表示理论很好地解决了非近轴光束的角动量问题,发现非近轴光束的总角动量可以严格地分解成自旋和轨道两部分,但是两者都依赖于由偏振椭圆度表征的光束的偏振状态。采用特征单位矢量的变化可以很好地解释近两年来国内外学者从实验上分别观测到折射光和反射光的所谓自旋Hall效应。     

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。     

利用偏振光实现双折射微粒的光致旋转

利用偏振光与双折射性微粒相互作用时自旋角动量的传递 ,实现了光镊悬浮的CaCO3 晶体微粒的光致旋转 ,并利用四象限探测器 (QD)测量了微粒转动周期及其与偏振状态的关系 ,还分析讨论了微粒在光镊作用下的转动特性 ,给出一些定性结论。     

基于轨道角动量的自由空间光通信研究与进展

利用光的轨道角动量传递信息可有效提高信息传输的速率。介绍了光轨道角动量的基本概念和主要特性,探讨了基于轨道角动量的自由空间光通信的基本原理和典型系统,并对相关的关键技术进行了分析,在此基础上,对基于轨道角动量的自由空间光通信的应用前景和发展趋势作了展望。     

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。     

光束截面角动量的轴向分量是守恒量

证明了对于在真空中稳态传输的光束来说，其光束截面角动量的轴向分量、角动量平方的轴向分量都是与ｚ无关的守恒量；此外还把这一结果推广到傍轴旋对称ＡＢＣＤ光学系统；并对一些与角动量有关的问题进行了讨论。     

电磁场的内禀角动量

电磁场流体模型理论的基本点是把电磁场运动区分为轨道运动与内禀运动两部分。本文试图从内禀运动部分引出内禀角动量的概念。为此,建立了(虚数)算符;导出了电磁场的自旋角动量与内禀角动量的关系。     

涡旋光束照射下特殊形状微型物体所受的力矩

以射线光学模型为基础,研究了特殊形状微型物体在涡旋光束照射下的所受力矩。根据动量和角动量守恒定理,推导了微型物体在x、y和z方向上受力旋转的力矩公式。通过数值计算,得到了微型物体在不同表面倾斜角度的情况下的旋转特性。研究结果表明,由于涡旋光束的轨道角动量与光束动量的相互作用,改变涡旋光束的拓扑荷数,既可以使微型物体保持静止,也可以改变微型物体旋转的方向和旋转的速度。     

晶体微粒光致旋转的角速度受其厚度影响分析

从理论上分析了光束自旋角动量使晶体微粒光致旋转的原理。基于MATLAB模拟了不同激光功率下晶体微粒的厚度与其旋转角速度的变化关系,并给出了同一激光功率下不同厚度的晶体微粒获得最大旋转角速度时的理论数据。该结果对实验中如何有效地提高晶体微粒的旋转角速度有一定的指导意义。     

拉盖尔-高斯波束在弱湍流海洋中轨道角动量传输特性变化

瑞托夫近似方法被用于分析研究弱湍流对海水环境中拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian, LG)波束轨道角动量模式探测概率、串音概率以及螺旋谱分布的影响.结果表明:海洋湍流对轨道角动量的影响明显强于大气湍流, 海水环境中LG波束信号轨道角动量模式有效传输距离只有几十米;海洋湍流明显导致信号轨道角动量模式探测概率下降, 轨道角动量模式串音变强, 螺旋谱严重扩展;海洋湍流的影响随着轨道角动量角向模式、径向模式增加, 以及发射波长减小而增强.虽然较长的波长能降低海洋湍流影响, 但考虑到海水的散射和吸收作用, 蓝绿波长仍然是最佳选择.     

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.     

基于光轨道角动量的光通信数据编码研究进展

具有轨道角动量的光束及其应用是目前国内外研究的一个热点方向,随着其应用与发展,也将对光通信领域带来深远的影响.介绍了具有轨道角动量的光束及其应用于光通信数据编码研究的主要进展,讨论了现有的用光轨道角动量进行数据编码的设计方法、工作原理、影响因素、过程机理和描述方法,在此基础上,对应用光轨道角动量实现光通信的研究前景进行了展望.     

集成OAM光束发射器模式纯度仿真分析

本文通过FDTD仿真和偶极子建模仿真对不同OAM发射结构的模式纯度、模斑半径、辐射能量密度等参数进行了研究，并且分析了阶数、背向散射、耦合损耗等因素对模式纯度的影响。     

酵母细胞在涡旋光阱中的旋转动力学研究

利用液晶空间光调制器对高斯光束进行相位调制后可生成涡旋光束。因涡旋光束本身具有轨道角动量,酵母细胞被光阱捕获后会绕其中心旋转,对酵母细胞旋转的时序信号图进行傅里叶变换后可测出酵母细胞在光阱中的旋转角速度。详细讨论了酵母细胞旋转角速度随激光功率、拓扑荷以及捕获高度的变化关系。实验结果表明,酵母细胞的旋转角速度与激光功率成正比,与拓扑荷的平方成反比;捕获高度在14μm时角速度达到最大值;细胞在涡旋光阱中的旋转方向可由拓扑荷的符号决定,正号为逆时针旋转,负号为顺时针旋转。此实验结果有望应用在细菌鞭毛马达力矩的测量实验中。