北京理工大学的研究人员开发了一种有效利用光子角动量的光子TAM操纵器，为数据传输、加密和量子信号处理开辟了新的途径。

　　新技术实现了高效识别和实时控制角动量模式的控制。

　　旋转的物体带有角动量;这个事实甚至延伸到最小的粒子，比如光子。光子具有两种不同形式的角动量:自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)。SAM在两个特征值之间跳舞，代表右和左圆偏振，而OAM有无限个特征值，对应于螺旋相位。当SAM与OAM联合时，我们见证了“总角动量”(TAM)的出现，这是一个光子工具箱，具有广泛的应用范围，涵盖激光雷达，激光处理，光通信，光计算，量子信息等。

　　TAM识别与控制的挑战

　　正如OAM彻底改变了该领域一样，TAM模式的高效识别和实时控制为突破性的TAM应用提供了关键。然而，现有的识别光子TAM状态的方法存在局限性，包括受限制的动态范围，较低的识别精度，以及无法适应动态滤波。这些制约因素限制了TAM开发和应用的进展。从光子束中提取所需的TAM模式至今仍是一个未解决的难题。

　　全角动量机械手的概念结构:一束携带多个角动量模的光束通过机械手进行滤波。来源:Li等人，doi 10.1117/1.AP.5.5.056002。

　　据《先进光子学》报道，北京理工大学的研究人员开发了一种消除障碍的光子TAM操纵器，实现了SAM和OAM的按需操纵。他们的方法涉及两个类似单元的对称级联:TAM分离器和TAM逆器。这些单元由专门的光学元件组成，称为开封器和校正器，是通过细致的过程设计的。

　　将光子TAM操纵器想象成指挥一支光乐团的指挥家。TAM分离器将入射光束转换成空间排列的条纹集合，每个条纹代表一个TAM模式。空间过滤器占据舞台，决定保留哪些TAM模式，阻止哪些模式。最后，TAM反转器将分离的波束带回空间域，完成交响乐。这种转换过程将入射光束从空间域映射到“位置- tam域”，以便在转换到空间域之前进行过滤。

　　当多个tam状态发生冲突时，系统在直通和选择性阻塞情况下的性能。(a)入射光束实验结果;(b)两种情况下输出光束的TAM谱图。输出模式与直通情况下的输入一致。对于选择性阻塞情况，放置在分离平面的空间滤波器表示为Sp2。经过阻挡后，这些光束的图案从花瓣形状转变成甜甜圈形状。来源:Li等人，doi 10.1117/1.AP.5.5.056002。

　　研究成果及启示

　　研究人员报告了支持多达42个单独的TAM模式识别的实验演示。结果表明，该方法具有良好的TAM状态选择性能，对高速大容量数据传输和高安全性的光子加密系统特别有吸引力。它还为高保真光子计算和量子雷达信号处理提供了新的视角。

　　参考文献:“光子总角动量操纵”，李朗，郭英池，张志超，尚子军，李晨，王佳琪，高丽亮，海兰，高春青，付世耀，2023年8月30日，《先进光子》ap.5.5.056002 DOI: 10.1117/1.