轨道角动量光的区分

载有轨道角动量(OAM)的光可用于提高光通信网络的带宽,而对不同轨道角动量态的区分是有效利用轨道角动量光的核心。利用空间光调制器设置合适的传递函数以实现傅里叶平面间的光学坐标变换。变换后,轨道角动量光随方位角的相位变化变成横向相位变化。相位修正后将不同轨道角动量的光聚焦到不同的横向位置,实现了对轨道角动量光的有效区分。     

角动量算符与轨道波函数

稀土元素、锕系元素的价电子都处于f态,研究价电子轨道角动量问题是量子力学中重要的课题.在量子力学教科书中只给出了氢原子L_2、L_z算符共同本征矢的递推公式,没有计算出L_x、L_y的本征矢;只给出了氢原子的s、p和d电子L_2、L_z算符共同本征矢,没有给出f电子L_2、L_z算符共同本征矢.本文运用表象理论和氢原子L_2、L_z本征矢的递推公式不仅求出了氢原子f电子L_2、L_z算符的共同本征矢,而且还计算出氢原子f电子L_x、L_y的本征矢,并讨论了它们的有关性质.这对于全面了解氢原子电子轨道运动的细节是有好处的,完善了教科书中的不足.     

对经典力学中的轨道角动量和自转角动量的探讨

角动量是力学中的重要概念.本文建立了经典力学中质点系的轨道角动量和自转角动量的概念,使经典力学的理论体系更加完备,并通过几个例子阐述其应用意义.在经典力学中引入轨道角动量和自转角动量的概念,能够使学生加深对角动量的理解.     

电子自旋不是轨道角动量的相对论效应

根据氢原子的相对论性环电流密度jψ的表示式，指出由该jψ给出的氢原子磁矩公式必然涉及电子自旋磁矩，电子自旋不是轨道角动量的相对论效应。     

圆柱型光纤螺线圈轨道角动量模式

传统的沿z轴光纤传输光线的轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)光束的制备方法共同之处都是从内部结构着想,光束的主光线基本上不变,只是波面在变.但要获得携带高mh的光有一定的难度.针对上述问题,本文建立以波面不变,光束主光线变化为基础的理论框架,利用微分几何理论验证不沿z轴圆柱型光纤螺线圈传输的光线可以携带高mh OAM的理论设想.研究发现:利用流动坐标(α,β,γ)计算光线在绕圆柱体的光纤中传输时光纤截面的衍射分布图呈现涡旋特征,有高阶OAM模式.当θ=θ0时,圆柱形轨道光纤过渡到直线轨道光纤.计算光线沿直线传输时光纤截面的衍射分布图是Airy斑,即圆孔衍射斑,无高阶OAM模式.     

光子轨道角动量纠缠实现量子存储

中国科学技术大学郭光灿院士带领的中科院量子信息重点实验室史保森小组在高维量子中继研究方向取得重要进展,首次在国际上实现了光子轨道角动量纠缠的量子存储,进一步证明了基于高维量子中继器实现远距离大容量量子信息传输的可行性。相关研究已发表于《物理评论快报》。     

单光子轨道角动量的传输特性研究

描述了高阶椭圆厄米-高斯光束及其单光子平均轨道角动量,并分析了一些与其单光子轨道角动量变化的有关情况,通过计算机仿真简要进行了说明.最后分析了单光子轨道角动量在空间某范围的概率分布及其变化情况.研究结果表明,高阶椭圆厄米-高斯光束与物质相互作用时,其单光子平均轨道角动量的变化幅度随接触物质材料的不同而异.     

圆偏振可见光可改变光子轨道角动量

可见波长圆偏振光可通过等离子体超颖表面改变光子轨道角动量。这是EbrahimKarimi及其加拿大渥太华大学和美国罗彻斯特大学的研究人员发现的结果。在传统意义上,具有轨道角动量（由于螺旋状相位波前）的光是利用空间光调制器、柱面透镜模式转换器和q-板等专门的光学元件产生的。     

为什么轨道角动量不能是?/2?

讨论了一般角动量与轨道角动量的联系和区别，指出它们的联系在于SU（2）群和SO（3）群的局部性质即李代数相同（同构），它们的差别在于两群的整体性质不同．一般角动量的最小单位?/2由群的局部性质决定，亦即李代数的对易关系（相当于角动量的对易关系）决定，而轨道角动量的最小单位?由SO（3）群的整体性质决定 关键词：     

利用Sagnac干涉仪实现光子轨道角动量分束器

光子轨道角动量量子态具有高维和光学涡旋特性, 在经典和量子领域展示出了巨大的应用潜力, 目前对其的研究已成为物理学的一个热点. 本实验研究了利用Sagnac干涉仪干涉的方法将具有不同轨道角动量的光束无破坏地分离到不同的路径, 即实现光子轨道角动量分束器. 实验中利用此分束器验证了对几种不同轨道角动量态(包含叠加态)的分离, 得到了与理论预期相符的实验结果. 这种对轨道角动量态的区分的方法相比已有的其他区分方法具有较好的稳定性, 而且可用于区分叠加态, 也可以达到单光子水平, 最重要的是实现了不同的轨道角动量本征态无破坏的与路径比特耦合. 这种新方法对高密度通信、量子纠缠、量子保密通信、量子计算与量子信息等方面有着重要的意义.     

声轨道角动量水下发射与数据传输实验

研究了声轨道角动量水下发射技术与多路复用的水下数据传输,基于点源理论推导了相控圆周阵列发射声轨道角动量的基本原理,分析了干扰项的阶数成分及干扰项对主项的影响,优化设计了基于Cymbal换能器的阵列样机,阵列样机直径为Φ180 mm,阵元数为10元,工作频率为25 kHz,通过对阵列阵元的相位调控实现了-3至3六阶声轨道角动量的发射,验证了基于相控原理实现不同拓扑荷数声轨道角动量发射的理论。通过利用各阶声轨道角动量的开关状态进行数据编码,进行了基于声轨道角动量多路复用的水下数据传输实验,实验结果表明,不同拓扑荷数的声轨道角动量具有良好的正交性质,可以利用基于声轨道角动量的多路复用技术实现水下数据传输功能。     

基于光子轨道角动量的密码通信方案研究

设计了一个基于两个正交的光子轨道角动量态的量子密码通信方案.在该方案中,Alice使用具有独特设计的激光器,随机发送有确定轨道角动量的光子;Bob采用由两个达夫棱镜组成的光束旋转器,对光子的轨道角动量态进行测量.对系统安全性的讨论表明,Eve采用截获重发、攻击单臂等攻击手段,其窃听行为都会被发现.理论证明,该方案不需要通信双方实时监测和调整参考系,同时避免了BB84,B92协议因发送基和测量基不一致而丢弃一半信息的问题,从而提高了密钥生成效率. 关键词： 量子保密通信 轨道角动量     

涡旋光束轨道角动量检测及其性能改善

利用光栅检测涡旋光束轨道角动量(OAM)并进行性能改善的方法容易实现且能降低通信系统成本。将涡旋光束照射到周期渐变光栅和环形光栅的合适位置,观察衍射图中光斑的分布规律,并对入射涡旋光束进行检测。实验结果表明,通过判断光斑中暗条纹的数量和朝向便可确定入射涡旋光束的拓扑荷的大小和正负,利用相位校正技术或光束复制技术可以使衍射结果中的条纹更加清晰,使用这两种技术后可将检测到的拓扑荷数提高至30。该研究为OAM复用通信中的解复用和涡旋光的产生提供了依据。     

衍射深度神经网络下轨道角动量态的校正

衍射深度神经网络(D2NN)通过无源衍射层的深度学习,可实现快速高效的深度学习功能。利用多组不同湍流强度干扰下的轨道角动量(OAM)态和目标OAM态组成的训练数据集对设计的D2NN网络组件进行训练,更新和优化组件中各参数,直到由D2NN输出的OAM态与目标OAM态的平方误差损失函数达到预定的阈值,便可获得实现高速、高精度的OAM波前校正的D2NN组件。测试结果表明：D2NN迭代次数、衍射层数、训练参数的选择会对组件的校正速度和准确度产生影响,通过D2NN可以实现受大气湍流干扰的OAM态的高精度校正;当大气湍流强度为10^-14 m^-2/3、D2NN网络层层数为8时,组件性能最佳,其损失函数相比5层网络层的D2NN降低超过45.45%;而对于更强大气湍流的干扰,可以通过增加网络训练时的迭代次数来提高校正的准确度,迭代20次后损失函数的值降低率达到98.03%;对于湍流强度较弱的干扰,训练时采用纯相位参数,组件的性能更优;而对于强湍流的干扰,训练时采用相位参数与振幅参数两者相结合的方法,组件的性能更优;除此之外,OAM态的拓扑荷值越小,校正后的失真...     

轨道角动量分量算符的本征函数间的变换

本文讨论了不同轨道角动量分量算符本征函数间的变换关系,给出了对应的变换系数的计算方法,求解了几个比较常见情形l=1,2,3的变换系数,得到了各个变换系数之间的规律.     

为什么轨道角动量不能是／2?

为什么轨道角动量不能是／2...     

水下轨道角动量态传输特性的实验研究

通过实验方法研究轨道角动量(OAM)态水下传输特性。首先搭建OAM态水下光通信系统,然后通过OAM态展开谱和接收到的初始及其相邻OAM态概率变化曲线来研究其水下传输能力。实验结果表明:随着盐度的增加,初始OAM态的概率明显降低;相邻OAM态的传输概率随着拓扑荷间隔的增加而减少。     

部分相干的高斯谢尔模物质波的轨道角动量

部分相干物质波是处于临界温度以上的玻色冷原子气体。密度和一阶关联都满足高斯分布的部分相干物质波是高斯谢尔模(Gauss-Schell model)物质波。本文通过研究高斯谢尔模物质波一阶关联函数的相位结构,揭示出物质波在部分相干情况下的轨道角动量特点。证明扭曲相位是部分相干物质波具有的独特性质,完全相干物质波(如,玻色爱因斯坦凝聚体)不具有此相位。此外,本文举例分析了高斯谢尔模物质波在一个"柱透镜"光脉冲作用下,其轨道角动量的变化情况。     

基于轨道角动量的多用户量子身份认证协议

提出了基于光子轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的多用户量子身份认证协议。协议首先以光子OAM编码分布式网络节点,网络节点与子服务器之间共享光子OAM纠缠态。可信中心以相位因子分组网络用户,以OAM的纠缠特性实现不同光子OAM的隐形传态。协议利用量子信息保证了认证系统的安全性,以光子OAM实现了网络系统的多用户的同时认证。当OAM态具备两个正交极化方向时,拓扑态的拓扑荷值为l_i(i=1,2,…,4)时,身份认证系统的量子认证效率可提高2×l_i倍。     

轨道角动量态的量子存储（英文）

轨道角动量(OAM)光束在精密测量、微小粒子的操控以及基础物理研究等领域具有重要的应用。基于OAM编码的光信息处理由于其大信道容量的优点成为经典和量子通信领域的研究热点,并已在近几年取得了许多突破性进展。在量子信息领域,量子中继是克服通信保真度随传输距离呈指数衰减、实现长距离量子通信的关键技术,其中用于存储量子信息的光量子存储器是组成量子中继的关键器件。尽管人们已成功实现了编码于偏振、路径、time bin等自由度的量子态的存储,然而到2013年以前,存储编码于OAM自由度的量子态的量子存储器仍未实现。近年来我们研究组一直专注于OAM量子态的存储实验研究。本文在概述了量子存储器的各项性能标准后,着重介绍我们组在OAM量子态存储方面取得的一系列研究进展:包括OAM量子比特(qubit)和量子三维态(qutrit)、二维和高维OAM纠缠态以及包含OAM自由度的超纠缠和杂化纠缠的量子存储。这些进展为未来构建高维量子信息网络奠定坚实的基础。