一种基于光子角动量径向分量对光子进行分组的新方法

光束可以比简单的平面波更复杂，具有复杂的形状和扭曲的波阵面。这些光束中的光子属于携带不同动量分量的模态，比如轨道角动量(OAM)，这些差异可以被用来将光子分成不同的组。研究人员之前已经根据光子的轨道角动量（OAM）量子数对其进行了分类，轨道角动量（OAM）量子数与模式波阵面绕光传播方向旋转的速率有关。一项新的研究表明，光子也可以通过它们的径向量子数来分离——另一个与动量相关的量子数与波前振幅和相位的径向结构相联系。这个团队说他们的方法可以用来存储和检索所有光子空间自由度的信息。这种可能性可能会增加用于发送信息的信道数量，潜在地提高用于量子计量或量子通信等技术的光学协议的速度。

纽约罗切斯特大学(University of Rochester)的罗伯特•博伊德(Robert Boyd)及其同事开发的方法依赖于具有不同辐射量子数的光子的一个关键特性:它们的相速度略有不同。利用一系列透镜和波片，研究小组构建了一种光路，利用这种相速差诱导光子在不同径向模式下发生相变。穿过光路后，两个径向模式相差一个量子数的光子累积了180°的相移。光子随后被引导到干涉仪中，干涉仪通过这个放大的相位差将它们分开。具有不同径向OAM量子数的光子在CCD屏幕上显示为具有不同环数的图案。