光阑对暗中空涡旋光束轨道角动量的影响

基于推广的复高斯函数展开法,分析了具有轨道角动量的拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束通过含光阑光学系统传输的解析公式,理论推导了空心LG光束在柱坐标系下光子轨道角动量密度函数及其态矢.对1阶LG涡旋光束通过光阑后的光场分布情况进行了数值分析,在两种典型含光阑系统物理模型下分析了遮拦比对不同波长LG光束传输特性的影响,研究了LG光束通过光学系统后的相位分布及轨道角动量密度变化.结果表明,光阑系统遮拦比对LG涡旋光束通过光阑后的传输特性的影响因光束波长不同而异,遮拦比对光束轨道角动量密度影响较大,对光束束径及光轨道角动量影响不明显.研究结果可为在空间光通信中利用涡旋光束光子轨道角动量编码信息提供理论依据.     

基于马赫曾德干涉仪的两涡旋光束离轴干涉研究

能够准确识别和探测涡旋光束所承载的轨道角动量量子数，是开展以光场轨道角动量进行信息编码的高维量子通信的研究基础。目前的探测方式以干涉为主，其中涉及两束涡旋光之间的干涉法为“镜像干涉法”。该方法能有效识别轨道角动量的大小，但无法判断其和旋向相关的正负。文章基于全面、准确探测光子轨道角动量量子数的目的，将涡旋半波片获得的涡旋光束置于马赫曾德干涉仪的两臂，通过改变两臂的偏振态和涡旋半波片，获得轨道角动量量子数分别为l₁和l₂的两个涡旋光束，实验结合理论分析了二者之间的离轴干涉。干涉图样是中心有|l₁-l₂|个错位条纹的叉形光栅，光栅的开口方向反映了l₁-l₂的正负。因此，当参考光束的轨道角动量量子数明确已知时，由干涉图样可以准确识别待测光束的轨道角动量大小以及正负。该方法解决了对涡旋光束旋向的准确识别，有助于研究光子轨道角动量与物质的相互作用过程，为深入分析产生的新光场的轨道角动量模式提供了参考。     

涡旋光束的轨道角动量双缝干涉实验研究

利用计算机全息振幅二元光栅对基模高斯光束进行衍射,实验产生不同阶次拉盖尔-高斯（Laguerre-Gaussian,LG）涡旋光束,用得到的不同阶的LG光束进行双缝干涉实验,根据采集到的干涉条纹扭曲方向及条纹扭曲程度实现涡旋光束轨道角动量的测量,通过调整实验光学系统,分析了LG光束轨道角动量的测量精度.结果表明,基模高斯光束束宽与全息光栅尺寸的合理选择会影响到生成的涡旋光束质量.在确定基模高斯光束束宽的情况下,双缝间距与光束束宽的比例为1：1.5时,双缝对生成的LG光束干涉条纹扭曲效果明显,LG光束轨道角动量测量误差最小.     

离轴高斯涡旋光束的轨道角动量研究

由近轴光束理论,推导了离轴高斯涡旋光束在质心坐标中轨道角动量的解析表达式,在此基础上对离轴涡旋光束轨道角动量的分布及其传输进行了研究,数值研究表明,观测平面上离轴涡旋光束的轨道角动量的分布不再具备圆对称的特点,轨道角动量为0的等高线为封闭曲线,其内部区域轨道角动量数值为负,外部为正.随着传输距离的增加,远场区观测平面上轨道角动量的分布逐渐演变为近似左右对称的情形,拓扑荷数越大,演变的速度越快.另一方面,离轴距离也会影响到轨道角动量的分布,在确定的观测平面上,离轴距离越大,观测平面上轨道角动量极小值(负区域)的模值会越接近轨道角动量的极大值(正区域).该结论在研究离轴涡旋光束与微粒作用时能提供指导意见.     

等衰落轨道角动量索引调制系统的信道容量性能分析

射频轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)提供了一种可以在同一载波频率物理信道上复用一组正交模式以提高信道容量的方法。现有研究大多专注于信道容量提升,对系统复杂度的研究相对较少。在基于均匀圆形阵列(uniform circular array,UCA)的OAM通信系统中,发射机需要完成大量调制运算以生成OAM信号。于是,提出了一种等衰落轨道角动量索引调制(equal fading orbital angular momentum index modulation,EOAM-IM)方案,其中,IM有效降低了OAM调制运算复杂度,且等衰落发射机也保证了不同模式OAM子信道传输增益。此外,还详细推导了所提EOAM-IM方案的系统信道容量。仿真结果表明,所提EOAM-IM方案能以更低的调制复杂度获得比传统OAM方案更高的信道容量。     

阵列涡旋光束的轨道角动量特性

从近轴条件下光束轨道角动量理论出发,分析光束的轨道角动量,计算矩形对称的严格周期性阵列光学涡旋的轨道角动量,得每单元格的轨道角动量是确定的,并不与测量轴有关;但是单元格的轨道角动量取决于单元格的选择.分析由三束平面波干涉而得的涡旋阵列光子的轨道角动量,并验证了结论.     

强激光场中涡旋电子的动力学过程

研究了携带固有轨道角动量的强涡旋电子在强激光中的动力学过程.利用相对论拉莫进动方程和自旋进动方程（T-BMT）方程,研究了涡旋电子的内禀轨道角动量和自旋角动量在啁啾激光场中的演化规律.由于啁啾激光脉冲的不对称性,初始静止的涡旋电子在啁啾脉冲的作用下获得了MeV的加速,并实现了自旋和固有轨道角动量的纵向旋转.因此,通过调控啁啾激光的啁啾参数可以获得具有任意角动量方向的相对论涡旋电子.此外,在Foldy-Wouthuysen表象中,强涡旋电子的运动受到类Stern-Gerlach力的显著影响,从而偏离散射平面.这一现象揭示了轨道角动量和电磁场的相互作用及其与电子动量之间的内在关联,并为控制相对论电子的运动提供了一种全新的手段.     

原子光谱项及其推求

在多电子原子中,电子之间存在着静电。轨道、自族间等多种相互作用,因此,原子的整体状态并不是各个单电子状态的简单加和,可以看作是由角动量的耦合作用所决定的。原子光谱项就是讨论原子光谱反映出来的原子状态问题。IL—S铝合［‘］将各电子的轨道角动量和自旋角动量先分别耦合成一个总轨道角动量L和一个总自旋角动量S,然后L与S再耦合成原子的』总角动量J,这种耦合方式称为L——S耦合。实际证明,这种耦合方式适用于原子序数Z＜40的原子。1．1总轨道角动量LL一总轨道角动量量子数,对于两电子原子,L的取值满足下列规则：L：1…     

涡旋光束的轨道角动量分析

通过对二元多阶螺旋相位板的输出光场的轨道角动量计算分析,得出了拓扑荷取整数时输出主光学涡旋最大轨道角动量及次轨道角动量的条件.分析了当轨道角动量取非整数值时每个因子的密度分布及控制光束结构的Gouy相位因子的取值情况.     

中心力场中的电子涡旋

电子涡旋波最早是在轨道角动量守恒的系统中被发现.对于轨道角动量不守恒的系统,涡旋波的存在与否尚不清楚.以相对论情况下的中心力场中的电子为例,构建了在轨道角动量不守恒但总角动量守恒的情况下,当携带固定总角动量的电子沿z轴传播时,对此时系统所对应的电子涡旋波进行微扰求解;并结合Foldy-Wouthuysen(F-W)变换,说明了在相对论情况下,中心力场下携带轨道角动量的电子沿z轴传播时确实存在涡旋解,同时展示了相对应的涡旋波解和螺旋等相位面.     

大容量光传输系统发展现状

 综述了大容量光传输系统的发展现状及最新技术研究进展。理论和实验研究表明,由于光纤的非线性及放大器的带宽等限制,通信容量已经接近了单模光纤的传输极限。因此,光纤通信的发展需要克服单载波传输中高速电器件的限制瓶颈。本文总结了多载波技术的产生方案：用频分复用（OFDM）或奈奎斯特波分复用（Nyquist-WDM）技术提高频谱的利用率,增加信道容量实现P bit/s甚至更高传输速率。另一方面需要从研究光纤本身的角度出发,在考虑成本效益和能源效率的前提下充分利用光纤的空间维度。空分复用技术（多模、多芯）及角动量复用技术（OAM）将成为未来超越单模光纤的容量极限、大幅度提高光纤传输容量的研究重点。     

全光纤光子轨道角动量模式的产生

通过模分复用技术,将带有不同阶数轨道角动量的光波作为不同的信道,能够从另一维度极大的增加光通信的容量。光子轨道角动量的产生是这类技术的一个核心。我们基于有效介质理论,在光纤端面设计了特殊的螺旋结构,使光纤端面的有效折射率沿着顺时针或逆时针方向线性增加。当传导光波入射到该结构时,会因为方位角上的折射率不同而形成光程的差异,从而引起相应的相位延迟并形成相位波前的螺旋形结构,即产生带有轨道角动量的光波,我们使用FDTD方法模拟了轨道角动量的产生过程。     

矩形天线阵OAM波产生与优化

电磁轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)具有模值相互独立且正交的特性,能用于无线通信中提高频谱效率和通信容量,因而备受关注.针对基于矩形阵列的多输入多输出技术(multiple-input multiple-output,MIMO)不易与基于均匀圆形阵列的OAM复用相结合,以及高模态O...     

高斯涡旋光束的动量及轨道角动量与拓扑电荷数的关系及其在自由空间中的传输

将近轴光束理论应用于光束的动量及轨道角动量研究,推导了涡旋光束动量以及轨道角动量的解析表达式,在此基础上,对高斯涡旋光束的动量及轨道角动量的分布及其在自由空间中的传输进行了研究.理论分析及数值计算表明,动量的径向分量和角向分量在数值上比较接近,远小于动量的纵向分量,随着传输距离的增大,动量的三个分量在观测平面上的分布会逐渐沿径向拓展,其在观测平面上的极大值位置各不相同,都与源平面上光束的拓扑电荷数和束腰半径有关,观测平面上的整体积分表明,动量的三个分量在传输中都保持守恒;另外,观测平面上高斯涡旋光束轨道角动量的分布在传输中也会沿径向拓展,其在观测平面上的极大值位置与动量的纵向分量相同.观测平面上的整体积分证实了高斯涡旋光束在传输中轨道角动量保持守恒.     

低频比波长复用高效双功能超表面

多功能微波器件由于能在小尺寸器件上实现大容量功能集成,在现代通信系统中具有重要作用。然而由于器件功能的高度集成,使得多功能器件往往存在严重的通道串扰,降低了器件效率。对此,提出了一种低通道串扰的频率复用方法,通过在两层介质板上构建互补形式的双C形开槽谐振器和双C形金属谐振器,实现了双谐振单元。由于双谐振器具有很高的Q值,能在低频比情形下实现相位的独立调控。为进行验证并探索应用,设计了工作于f1=9.2 GHz和f2=11.2 GHz的多功能超表面。仿真结果与实验结果吻合良好,表明超表面在f1和f2处分别实现了模式数l=3的聚焦OAM波束和零阶贝塞尔波束。与以往报道的多功能超表面相比,设计的器件双频工作频比仅为1.2,且双频器件效率高达86.1%和93%。提出的低频比、低通道串扰波长复用超表面方法为实现大容量功能集成应用提供了一种有效途径。     

利用快速以太网中IPG进行数据传输的实现

现今快速以太网技术得到了广泛的应用，利用以太网进行功能的开发和扩展也得到了日益广泛的重视．该文介绍了利用快速以太网中的帧间间隙(IPG—Inter Packet Gap)实现点对点数据传输的原理；然后提出了基于FPGA的系统硬件实现方案，并给出了基于该方案的性能分析、具体实现方案及时序仿真结果；最后介绍了利用该方法传输点对点网管信息的应用实例．     

全息光栅型波分复用器的研究进展

密集波分复用(DWDM)是光纤通信增容的首选方案，而波分复用，解复用器是波分复用系统中的关键元件之一，本文综述了全息光栅(HG)型波分复用器的原理以及它的发展，并预言了其在今后一段时间内的发展趋势．     

硅基片上模式复用技术进展

模式复用作为光通信的一个复用维度,最近成为国际上的研究热点。本文综述了最近应用于硅基片上模式复用的相关进展,并介绍了一些核心器件及其性能,如:总线波导、复用/解复用器、光纤接口以及多模光开关等。本文从这些器件的工作原理,分析比较了他们的性能特点和优缺点,并展望了硅基片上模式复用的发展趋势。