近日，西安電子科技大學(xué)物理學(xué)院郭立新教授團(tuán)隊，與南非金山大學(xué)院士Andrew Frobes教授合作，共同探討軌道角動量在光學(xué)計量學(xué)的應(yīng)用前景中，解析了渦旋光束在光學(xué)計量學(xué)中的基本原理及其重要進(jìn)展。

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，包括轉(zhuǎn)動和平移速度。

渦旋光束的軌道角動量（OAM）譜可以作為獨特的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，讓計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)︻l率、相位、極化和OAM等多重物理屬性的全面整合?！斑@將帶來一個全新的數(shù)據(jù)處理時代，大幅度提升計量的精度、廣度與靈敏度，為未來科技的發(fā)展提供更強(qiáng)大的支持?！惫⑿抡f。

此次，西電科大聯(lián)合團(tuán)隊向人們展示了如何利用攜帶OAM的扭曲光束，在光學(xué)計量中建立新的范式。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，實現(xiàn)了對三維運(yùn)動粒子位置的跟蹤，研究成果不僅涵蓋了經(jīng)典的光學(xué)計量，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。

郭立新表示，“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，但將軌道角動量引入標(biāo)量光和矢量光中，能夠?qū)崿F(xiàn)各個方向的運(yùn)動跟蹤，包括三維螺旋運(yùn)動。這一進(jìn)展徹底改變了動態(tài)系統(tǒng)的計量學(xué)?！?/p>

據(jù)介紹，該研究成果深入探討了渦旋光束在光學(xué)計量學(xué)中的基本原理及其重要進(jìn)展。渦旋光束以其獨特的螺旋相位結(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)實現(xiàn)精確的三維運(yùn)動監(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?！巴ㄟ^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?！惫⑿抡f，渦旋光束計量方法的革命性應(yīng)用潛力，使其在推動光學(xué)計量學(xué)的發(fā)展中展現(xiàn)出重要前景。


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