在過(guò)去的幾十年中，帶有軌道角動(dòng)量(OAM)的光束引起了越來(lái)越多的關(guān)注，在許多領(lǐng)域都顯示出破壞性的應(yīng)用：粒子捕獲和鑷子處理，高分辨率顯微鏡，天文冠冕照相，大容量電信和安全性。

　　攜帶OAM的光束具有特殊的扭曲波陣面，并且具有不同OAM的模式彼此正交，并且可以在相同頻率下承載獨(dú)立的信息信道而不會(huì)受到任何干擾。在電信領(lǐng)域，這種未被開發(fā)的自由度提供的潛在無(wú)限制狀態(tài)空間為增加光網(wǎng)絡(luò)的信息容量并以可持續(xù)的方式解決頻率飽和問題(也稱為“光學(xué)緊縮”)提供了有希望的解決方案。這種方法對(duì)于自由空間和光纖傳播都是有效的。

　　當(dāng)前，迫切需要進(jìn)一步開發(fā)能夠在不同的OAM模式之間重新配置和切換的新穎設(shè)備，以充分利用OAM為經(jīng)典通信和量子通信提供的額外自由度。到目前為止，常規(guī)方法僅對(duì)在OAM上實(shí)現(xiàn)移位操作(即加法或減法)有用。

　　首次設(shè)計(jì)和制造出新穎的光學(xué)元件，以緊湊高效的方式進(jìn)行光的軌道角動(dòng)量的乘法和除法。這項(xiàng)研究是由意大利帕多瓦大學(xué)物理與天文學(xué)系的Gianluca Ruffato博士，Michele Massari博士和Filippo Romanato教授進(jìn)行的。該研究結(jié)果最近發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》上。

　　這些光學(xué)器件的關(guān)鍵元件由將輸入OAM光束的方位角相位梯度映射到圓形扇區(qū)的光學(xué)變換表示。通過(guò)將多個(gè)圓形扇區(qū)變換組合到單個(gè)光學(xué)元件中，可以通過(guò)將相位分裂并映射到互補(bǔ)的圓形扇區(qū)來(lái)倍增輸入OAM狀態(tài)的值。相反，通過(guò)組合多個(gè)逆變換，可以通過(guò)將輸入光束的不同互補(bǔ)圓形扇區(qū)映射為相等數(shù)量的圓形相位梯度來(lái)實(shí)現(xiàn)初始OAM值的劃分。

　　設(shè)計(jì)的光學(xué)元件以具有高分辨率電子束光刻的小型且緊湊的僅相位衍射光學(xué)器件的形式制造，并且在可見光范圍內(nèi)具有光學(xué)特性，以證明可倍增或分割輸入的OAM的預(yù)期能力光束。這項(xiàng)研究可以發(fā)現(xiàn)在高階OAM模式的乘法生成，基于OAM 光束傳輸?shù)墓庑畔⑻幚硪约半娦胖械墓饴酚?交換方面的經(jīng)典和單光子方案中的應(yīng)用前景。