北京理工大学研究人员研发操纵装置 实现精确控制光子角动量

北京理工大学研究人员研发操纵装置实现精确控制光子角动量旋转物体携带角动量，这一特性也延伸到最微小的粒子，如光子。光子拥有两种不同形式的角动量：自旋角动量（SAM）和轨道角动量（OAM）。自旋角动量在两个特征值之间舞动，代表左右圆极化，而轨道角动量则有无限个特征值，对应于螺旋阶段。当SAM与OAM结合在一起时，我们就见证了"总角动量"（TAM）的出现，这是一个光子工具箱，应用领域广泛，涵盖激光雷达、激光处理、光通信、光计算、量子信息等。正如OAM为该领域带来的革命性变化一样，TAM模式的高效识别和实时控制也为TAM的突破性应用提供了关键。然而，现有的识别光子TAM状态的方法有其局限性，包括动态范围受限、识别精度低以及无法即时调整滤波。这些制约因素限制了TAM的开发和应用进展。从光子束中提取所需的TAM模式至今仍是一个未解之谜。总角动量操纵器的概念结构：携带多种角动量模式的光束通过操纵器进行过滤。资料来源：Li等人，doi10.1117/1.AP.5.5.056002。据《先进光子学》（AdvancedPhotonics）杂志报道，北京理工大学的研究人员开发出了一种光子TAM操纵器，它消除了障碍，实现了对SAM和OAM的按需操纵。他们的方法涉及两个类似单元的对称级联：TAM分离器和TAM反向器。这些单元由被称为解包器和校正器的专用光学元件组成。我们可以将光子TAM操纵器想象成一个指挥家，领导着一个由光线组成的交响乐团。TAM分离器将进入的光束转换成空间排列的条纹组合，每个条纹代表一种TAM模式。空间滤波器开始工作，决定哪些TAM模式需要保留，哪些需要屏蔽。最后，TAM反向器将分离的光束带回空间域，完成这首交响乐。这一转换过程将入射光束从空间域映射到"位置-TAM域"，便于在转换到空间域之前进行过滤。当多TAM状态入射时，系统在直通和选择性阻断情况下的性能。(a)入射光束的实验结果；(b)上述两种情况下输出光束的TAM光谱。在直通情况下，输出模式与输入模式一致。对于选择性阻断情况，放置在分离平面上的空间滤波器为Sp2。阻挡后，这些光束的图案从花瓣形转变为甜甜圈形。资料来源：Li等人，doi10.1117/1.AP.5.5.056002。研究人员报告的实验演示支持识别多达42种单独的TAM模式。研究结果表明，TAM具有良好的状态选择性能，因此对高速大容量数据传输和高安全性光子加密系统特别有吸引力。它还为高保真光子计算和量子雷达信号处理提供了新的视角。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392269.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392269.htm