光的三维定向轨道角动量

一个波包包含时空和空间涡旋的交集。每个光子的平均轨道角动量在数值和方向上是精确可控的。作者:中国科学出版社

最近，《国家科学评论》在网上发表了上海科技大学詹其文教授团队关于三维定向轨道角动量光的研究成果。

光子角动量在光与物质的相互作用中起着重要的作用。光子可以携带与偏振相关的自旋角动量和与相结构相关的轨道角动量。一般来说，OAM方向与光场的传播方向平行，每个光子携带的角动量是约简普朗克常数与拓扑电荷的乘积。

基于时空涡旋与空间涡旋的碰撞，实现了光子OAM三维定向的精确控制，为光的角动量增加了新的自由度。实验产生的时空波包中每个光子携带的平均OAM不仅在三维方向上可控，而且在量级上可控。每个光子的OAM值不限于约简普朗克常数的整数倍，也可以是非约简普朗克常数的整数倍。此外，行波包中可以包含多个时空涡旋和多个空间涡旋的碰撞，实现了在时空域对光子OAM的大小和方向的快速调制。

本研究实现了光子OAM在三维空间和时间域的精确控制，对光与超材料相互作用的研究和新型光子器件的开发具有重要意义。

通过对时空频域的操纵，实现了时空涡旋的交会。切片干涉技术实现了三维光场的重建。作者:中国科学出版社