龙桂鲁研究组在自然光轨道角动量研究取得进展

 

光的轨道角动量是光的一种特殊性质,近年来引起了人们的广泛关注。光的轨道角动量具有广泛的应用前景,可以用来加载和传输高维信息、操纵微观粒子运动、进行光学度量、实现成像和遥感探测等,所以具有重要的研究价值。光的轨道角动量与方位角是一对傅立叶共轭量,利用这个关系,相干光经过特定的物体之后,其轨道角动量的分布会有特定的形状,通过测量谱分布,可以获得物体的振幅和相位信息,这种技术叫做数字螺旋成像(Digital Spiral Imaging)。除了相干光源之外,利用一对纠缠光子之间的轨道角动量的高阶关联性质,也可以实现两路分布的数字螺旋成像,其成像对比度以及识别效率非常高。

 

图(a,b)具有空间旋转对称性的振幅物体,其分别具有四阶和六阶旋转对称性;图(c,d)二阶轨道角动量关联矩阵;图(e,f)二阶关联矩阵中特定行的关联结果。

 

最近,龙桂鲁教授及其博士生杨哲与美国罗彻斯特大学Robert W. Boyd教授研究组以及中国地质大学高禄副教授合作,首次演示了利用自然光(热光)的轨道角动量强度涨落关联性质,实现对于振幅目标以及相位目标的识别。因为物体振幅或者相位信息会加载在傅立叶变换谱中,而通过对于二阶轨道角动量关联谱的测量得到的谱分布,可以反推物体的振幅或者相位信息。这种新型的目标识别技术具有压缩感知特性,需要的测量次数远远小于逐像素成像方案。而且,这个目标识别方案不需要制备脆弱的纠缠态,可以工作在任意的照明强度之下,所需要的识别时间远远小于使用纠缠光源的情况。另外本方案还具有抗干扰能力。该成果以“Digital spiral object identification using random light”为题于2017年07月28日发表在Light: Science & Applications (2017) 6, e17013。该论文被选为期刊封面文章,杨哲为第一作者,龙桂鲁教授为共同通讯作者。

文章链接:http://www.nature.com/lsa/journal/v6/n7/abs/lsa201713a.html