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题名基于光子晶体微腔的OAM模产生和调控
被引量：1
- 1
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作者
熊志刚
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机构
南京晓庄学院电子工程学院
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出处
《南京晓庄学院学报》
2019年第6期14-17,共4页
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文摘
光子可以同时具有自旋角动量和轨道角动量(orbital angular momentum,OAM),而OAM模在信息光学等领域中有着广泛的潜在应用。文章中利用二维平板光子晶体微腔的本征模和连续单色点光源之间的模式叠加来产生OAM模。通过调节点光源的位置,获得了拓扑荷为+1和-1的OAM模。这种基于光子晶体微腔的OAM模产生和调控机制,能够在不改变光子晶体微腔设计参数的情况下,仅通过改变光源的参数,就能产生不同的OAM模。
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关键词
光子晶体微腔
模式叠加
oam模
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Keywords
photonic crystal microcavity
mode superposition
oam modes
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分类号
O734
[理学—晶体学]
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题名涡旋微波量子雷达
被引量：6
- 2
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作者
张超
王元赫
姜学峰
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机构
清华大学航天航空学院航空宇航电子系统实验室
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出处
《雷达学报（中英文）》
CSCD
北大核心
2021年第5期749-759,共11页
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基金
国家自然科学基金重点项目(61731011)
广东省科技厅重点项目(2019B010157001)
部委科技基础加强研究项目(JCJQ-ZD-164-12)。
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文摘
电磁波轨道角动量(OAM)量子态指构成电磁波的每个电磁波量子均具有OAM,是涡旋电磁波的重要形态之一。在微波波段,这种电磁波量子称为"涡旋微波量子"。涡旋微波量子与传统平面波微波量子具有不同的物理特性,针对传统吸波材料具有强反射系数,造成雷达散射截面积(RCS)增加,并提升目标回波的接收信号功率和检测概率,是对抗基于吸波材料的隐身目标之利器。该文提出了基于OAM量子态的涡旋微波量子雷达,给出了基本物理架构和数学模型,借助量子电动力学(QED)从理论上分析了涡旋微波量子的高回波功率特性,并通过实验验证了理论分析的正确性。在收发端均采用相同极化方式下,与传统平面波雷达相比实验中回波功率提高约9 dB。同时,配合典型雷达工作参数进行了仿真,明确了涡旋微波量子雷达在接收功率和检测概率等性能指标上的提升,进一步展现了涡旋微波量子针对吸波材料的反隐身能力。
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关键词
目标探测
轨道角动量
涡旋微波量子
oam量子态
反隐身雷达
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Keywords
Target detection
Orbital Angular Momentum(oam)
Vortex microwave photon
Quantum oam
Antistealth radar
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分类号
TN95
[电子电信—信号与信息处理]
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题名论涡旋电磁波轨道角动量传输新维度
被引量：8
- 3
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作者
张超
王元赫
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机构
清华大学航天航空学院航空宇航电子系统实验室
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出处
《通信学报》
EI
CSCD
北大核心
2022年第6期211-222,共12页
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基金
国家自然科学基金资助项目(No.61731011)。
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文摘
轨道角动量(OAM)是电磁波的固有物理量,与电场强度的物理量纲线性无关,可构成无线传输中的新维度。从电磁波资源利用和发展的历史出发,分析了电磁波轨道角动量的物理特征,明确了只有电磁波量子携带内禀OAM的涡旋电磁波传输系统才可以获得MIMO传输以外的无线传输新维度;统计态OAM涡旋波束中的电磁波量子形成的外部OAM与空域维度相耦合,无法构成MIMO传输以外的新维度,但在直射视距(Lo S)信道时可获得额外自由度和较低的复杂度。依据信道容量的不同,将典型涡旋电磁波OAM传输系统划分为4个不同区域,并着重指出量子态OAM涡旋电磁波传输可以形成超越传统MIMO容量界的含有OAM维度的新MIMO容量界。
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关键词
轨道角动量
无线通信
涡旋微波量子
涡旋电磁波
内禀轨道角动量
外部轨道角动量
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Keywords
orbital angular momentum
wireless communication
vortex microwave photon
vortex electro-magnetic wave
intrinsic oam
extrinsic oam
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分类号
TN92
[电子电信—通信与信息系统]
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题名论回旋电子与涡旋电磁波量子:涡旋电磁波量子辐射
被引量：1
- 4
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作者
王哲远
张超
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机构
清华大学航天航空学院航空宇航电子系统实验室
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出处
《电子学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期1460-1468,共9页
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基金
国家自然科学基金(No.61731011)。
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文摘
回旋电子辐射涡旋电磁波量子的理论模型是量子态涡旋电磁波技术的关键.本文为“论回旋电子与涡旋电磁波量子”的第二部分,建立“涡旋电磁波量子辐射”相关理论模型.电子通过能级跃迁能够辐射单个携带内禀OAM(Orbital Angular Momentum)的电磁波量子.为了给出这一辐射机理,推导了非相对论和相对论效应中电子在朗道能级的跃迁概率.由于非相对论效应中朗道能级与内禀OAM模态值的线性关系,电子无论以何种初始状态跃迁都只能辐射平面波量子.相对论效应情况正好相反,可以得到丰富内禀OAM模态值的电磁波量子.在实际工程上,可用特定回旋装置作为产生单个涡旋电磁波量子的辐射源;模态选择上,根据不同内禀OAM模态间具有频率差的特性,利用虹膜嵌入式波导滤波器进行频率筛选,同时选择出特定内禀OAM模态的电磁波量子.最后分析强调了量子态和统计态涡旋电磁波的差异,以及二者在无线传输应用时的优缺点.
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关键词
能级跃迁辐射
涡旋电子
内禀oam
辐射概率
相对论效应
波导滤波器
涡旋电磁波量子
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Keywords
energy level transition radiation
vortex electron
intrinsic oam
radiation probability
relativity effects
waveguide filter
vortex microwave photon
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分类号
TN91
[电子电信—通信与信息系统]
O562
[理学—原子与分子物理]
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题名基于轨道角动量的高维贝尔态产生
- 5
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作者
寇芸洁
范亚男
朱雁兵
尚佳奇
王斐然
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机构
西安工程大学理学院
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出处
《光通信研究》
2026年第1期24-31,共8页
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基金
国家自然科学基金资助项目(11804271)。
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文摘
【目的】量子通信是一种具有广阔应用前景的新型通信方式,其与经典的信息科学技术相结合,具有无条件安全性以及对信息的高效传输等特性,是当今通信领域的研究热点。高维量子纠缠通常具有很强的非局域性,能够更好地保障量子通信过程中的安全性,在量子通信和量子计算中扮演着至关重要的角色。为了满足量子信息科学对高维量子纠缠态的需求,文章提出了一种基于光子轨道角动量(OAM)的高维贝尔态产生方法,能够高保真度地生成所需的完备贝尔态基矢。【方法】文中首先研究了光子OAM的自发参量下转换(SPDC)过程,并进一步利用遗传算法(GA)对泵浦光的量子态进行优化,以获得所需的高维最大纠缠态。文章详细分析了拉盖尔高斯(LG)光束的特性,并探讨了其在SPDC过程中的应用,通过优化泵浦光的各参数,在三维、四维和五维空间中产生了最大纠缠态。【结果】通过空间模式光谱分布对比表明,优化后的纠缠态与目标态具有更高的保真度。此外,通过模拟产生16个贝尔态,验证了生成的量子态能构成四维希尔伯特空间的完备基。【结论】文章所提方案不仅实现了高维纠缠态的有效产生,也使更长距离的量子通信,甚至在全球范围内实现量子通信系统成为可能。而且为量子通信和量子计算领域中的高维纠缠态的应用提供了新的途径,对推动量子信息科学的发展具有重要意义。
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关键词
量子通信
光子轨道角动量
高维纠缠态
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Keywords
quantum communication
photon oam
high⁃dimensional entangled states
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分类号
TN929
[电子电信]
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题名涡旋电磁波轨道角动量传输的量子电动力学分析
被引量：3
- 6
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作者
张超
王元赫
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机构
清华大学航天航空学院航空宇航电子系统实验室
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出处
《中国科学：信息科学》
CSCD
北大核心
2023年第3期566-584,共19页
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基金
国家自然科学基金重点项目(批准号:61731011)
广东省重点领域研发计划项目(批准号:2019B010157001)资助。
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文摘
随着可用频率等无线传输资源逐渐消耗殆尽,基于电磁波轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)新维度的数据传输成为未来无线通信系统潜在核心关键技术.具有OAM的电磁波被称为涡旋电磁波,具体可分为通过回旋电子辐射生成的涡旋电磁波量子,以及由不同相位的电磁波量子叠加生成的统计态涡旋波束.然而,由于统计态涡旋波束被认为是基于多天线的多输入多输出(multipleinput multiple-output,MIMO)系统的一种在直射信道环境下波束成形的特例,从而对电磁波OAM传输是否具有新维度产生争论.特别是从微观层面到宏观层面,目前缺少相应理论文献和分析方法予以澄清.为解决这个问题,本文提出了一种基于量子电动力学(quantum electro-dynamics,QED)的轨道角动量分析方法,结合统计物理学概念,对涡旋电磁波轨道角动量传输过程进行分析,明确了量子态和统计态的区别.本文的主要创新点包括:(1)提出了一种结合统计物理学的量子电动力学分析方法,建立了电磁波微观状态与宏观状态的桥梁;(2)采用所提方法,对统计态OAM涡旋波束进行了全面分析,并与量子态OAM涡旋电磁波量子进行了充分对比;(3)针对涡旋电磁波物理新维度的质疑,明确了量子态OAM为无线传输系统提供新维度.本文分析指出:量子态OAM涡旋电磁波量子与统计态OAM涡旋波束关于轨道角动量定义的内涵是不同的,分别属于内禀和外部OAM,从而导致了统计态OAM涡旋波束的外部OAM与电场强度的空域紧耦合,这也是统计态OAM涡旋波束传输不会超过传统多天线MIMO传输最大容量界的根本原因;与之相比,量子态OAM则是在物理上完全独立于电场强度且与宏观空域解耦,可构成无线传输新维度.因此,含有内禀OAM的量子态OAM涡旋电磁波量子是开发电磁波新资源的发展方向,以其为核心关键技术的无线通信系统则是未来的发展趋势.
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关键词
电磁波
轨道角动量
涡旋波束
量子电动力学
涡旋电磁波量子
微波量子
无线通信
MIMO
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Keywords
electro-magnetic wave
oam
vortex beam
quantum electro-dynamics
vortex photon of EM wave
microwave photon
wireless communications
MIMO
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分类号
O413.2
[理学—理论物理]
O441.4
[理学—电磁学]
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