近日

西安電子科技大學(xué)

物理學(xué)院郭立新教授團(tuán)隊(duì)

與南非金山大學(xué)

院士Andrew Frobes教授合作

共同探討了軌道角動(dòng)量

在光學(xué)計(jì)量學(xué)中的應(yīng)用前景

解析了渦旋光束

在光學(xué)計(jì)量學(xué)中的基本原理

及其重要進(jìn)展

這一成果發(fā)表在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊

Light: Science & Applications

題為“Metrology with a twist: probing and sensing with vortex light”

郭立新教授和Andrew Frobes教授

為論文共同通訊作者

物理學(xué)院程明建老師為第一作者

李江挺教授

博士生姜文杰為共同作者

Light: Science & Applications 是Nature子刊中極具影響力的光學(xué)類期刊，于2012年創(chuàng)辦，2023年最新影響因子為20.6，連續(xù)9年穩(wěn)居世界光學(xué)期刊榜前三

相比于傳統(tǒng)光束

渦旋光束具備更高維度的信息傳遞能力

能夠通過線性與旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)

精確測量物體的三維運(yùn)動(dòng)

包括轉(zhuǎn)動(dòng)和平移速度

渦旋光束的軌道角動(dòng)量（OAM）譜

可以作為獨(dú)特的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行整合

使得計(jì)量分析能力跨越式提升

這一技術(shù)已在微尺度工程、生物醫(yī)學(xué)

深空探索、量子傳感等領(lǐng)域

展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景

光學(xué)計(jì)量的未來

不再局限于對光的一維屬性

如強(qiáng)度的利用

而是逐步邁向?qū)?/p>

頻率、相位、極化和OAM等

多重物理屬性的全面整合

這將帶來一個(gè)全新的數(shù)據(jù)處理時(shí)代

大幅度提升計(jì)量的精度、廣度與靈敏度

為未來科技的發(fā)展提供更強(qiáng)大的支持

光學(xué)計(jì)量的未來發(fā)展

渦旋光束用于探測復(fù)雜介質(zhì)

作者團(tuán)隊(duì)向我們展示了

如何利用攜帶OAM的扭曲光束

在光學(xué)計(jì)量中建立新的范式

通過觀察依賴于OAM和偏振的頻率變化

利用現(xiàn)代多普勒效應(yīng)的解釋

實(shí)現(xiàn)了對三維運(yùn)動(dòng)粒子位置的跟蹤

該論文不僅涵蓋了經(jīng)典的光學(xué)計(jì)量

還探討了在量子糾纏疊加態(tài)

和單光子態(tài)中應(yīng)用OAM的潛力

向量子領(lǐng)域的過渡

有望通過減少測量次數(shù)來降低噪聲

從而提升準(zhǔn)確性和精度

郭立新教授指出：

“傳統(tǒng)的多普勒效應(yīng)只能追蹤朝向或遠(yuǎn)離觀察者的運(yùn)動(dòng)，但將軌道角動(dòng)量引入標(biāo)量光和矢量光中，能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)跟蹤，包括三維螺旋運(yùn)動(dòng)。這一進(jìn)展徹底改變了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)量學(xué)。”

量子軌道角動(dòng)量計(jì)量的先進(jìn)應(yīng)用

此項(xiàng)研究受到國家自然科學(xué)基金委

和高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃項(xiàng)目基金資助

本研究成果深入探討了渦旋光束在光學(xué)計(jì)量學(xué)中的基本原理及其重要進(jìn)展。渦旋光束以其獨(dú)特的螺旋相位結(jié)構(gòu)和攜帶OAM的特性，展現(xiàn)出在光學(xué)計(jì)量學(xué)中的顯著優(yōu)勢。這些光束不僅能夠?qū)崿F(xiàn)光與物質(zhì)之間的手性相互作用的高度靈敏檢測，還可通過線性和旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)精確的三維運(yùn)動(dòng)監(jiān)測。

渦旋光束在探測復(fù)雜介質(zhì)方面表現(xiàn)出色，其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋環(huán)境監(jiān)測、深部組織成像及嘈雜信道通信等。

通過與復(fù)雜性理論及人工智能相結(jié)合，這些技術(shù)有望進(jìn)一步完善和發(fā)展。渦旋光束計(jì)量方法的革命性應(yīng)用潛力，使其在推動(dòng)光學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展中展現(xiàn)出重要前景。

本文提供了權(quán)威性概述，既對初學(xué)者有所啟發(fā)，也為經(jīng)驗(yàn)豐富的研究人員提供了寶貴的參考。