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时空涡旋脉冲:角动量与自旋轨道相互作用

Spatiotemporal Vortex Pulses: Angular Momenta and Spin-Orbit Interaction.

作者信息

Bliokh Konstantin Y

机构信息

Theoretical Quantum Physics Laboratory, RIKEN Cluster for Pioneering Research, Wako-shi, Saitama 351-0198, Japan.

出版信息

Phys Rev Lett. 2021 Jun 18;126(24):243601. doi: 10.1103/PhysRevLett.126.243601.

DOI:10.1103/PhysRevLett.126.243601
PMID:34213941
Abstract

Recently, spatiotemporal optical vortex pulses carrying a purely transverse intrinsic orbital angular momentum were generated experimentally [Optica 6, 1547 (2019)OPTIC82334-253610.1364/OPTICA.6.001547; Nat. Photonics 14, 350 (2020)NPAHBY1749-488510.1038/s41566-020-0587-z]. However, an accurate theoretical analysis of such states and their angular-momentum properties remains elusive. Here, we provide such analysis, including scalar and vector spatiotemporal Bessel-type solutions as well as description of their propagational, polarization, and angular-momentum properties. Most importantly, we calculate both local densities and integral values of the spin and orbital angular momenta, and predict observable spin-orbit interaction phenomena related to the coupling between the transverse spin and orbital angular momentum. Our analysis is readily extended to spatiotemporal vortex pulses of other natures (e.g., acoustic).

摘要

最近,实验上产生了携带纯横向固有轨道角动量的时空光学涡旋脉冲[《光学》6, 1547 (2019)OPTIC82334 - 253610.1364/OPTICA.6.001547;《自然·光子学》14, 350 (2020)NPAHBY1749 - 488510.1038/s41566 - 020 - 0587 - z]。然而,对这类状态及其角动量特性进行精确的理论分析仍然难以实现。在此,我们给出这样的分析,包括标量和矢量时空贝塞尔型解,以及对它们的传播、偏振和角动量特性的描述。最重要的是,我们计算了自旋和轨道角动量的局部密度以及积分值,并预测了与横向自旋和轨道角动量之间耦合相关的可观测自旋 - 轨道相互作用现象。我们的分析很容易扩展到其他性质的时空涡旋脉冲(例如,声学的)。

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