北京工業大学の研究者らは、光子の角運動量を効果的に利用し、データ伝送、暗号化、量子信号処理の新たな道を開くフォトニックTAMマニピュレータを開発した。新しいテクノロジーにより、角運動量パターンの効率的な識別とリアルタイム制御が可能になります。
回転する物体には角運動量が伝わり、この特性は光子などの最も小さな粒子にまで及びます。光子は、スピン角運動量 (SAM) と軌道角運動量 (OAM) という 2 つの異なる形式の角運動量を持っています。スピン角運動量は 2 つの固有値の間を踊り、左右の円偏光を表します。一方、軌道角運動量はらせん位相に対応する無数の固有値を持ちます。 SAM が OAM と組み合わされると、ライダー、レーザー加工、光通信、光コンピューティング、量子情報などをカバーする幅広いアプリケーションを備えたフォトニック ツールボックスである「全角運動量」(TAM) の出現を目撃します。
OAM が現場に革命的な変化をもたらしたのと同様に、TAM パターンの効率的な識別とリアルタイム制御も、TAM の画期的なアプリケーションの鍵となります。ただし、フォトン TAM 状態を識別する既存の方法には、ダイナミック レンジの制限、識別精度の低さ、リアルタイムでフィルターを調整できないなどの制限があります。これらの制約により、TAM の開発とアプリケーションの進行が制限されます。光子ビームから目的の TAM パターンを抽出することは未解決の謎のままです。
雑誌『Advanced Photonics』によると、北京工業大学の研究者らは、障害物を除去し、SAM と OAM のオンデマンド操作を可能にするフォトニック TAM マニピュレータを開発しました。彼らのアプローチには、TAM スプリッターと TAM インバーターという 2 つの同様のユニットの対称カスケードが含まれています。これらのユニットは、アンパッカーおよびコレクターと呼ばれる特殊な光学要素で構成されています。
フォトニック TAM マニピュレーターは、光の交響楽団を率いる指揮者と考えることができます。 TAM スプリッタは、入射ビームを空間的に配置された縞の組み合わせに変換し、各縞が TAM パターンを表します。空間フィルターが機能し始め、どの TAM パターンを保持する必要があり、どの TAM パターンをブロックする必要があるかを決定します。最後に、TAM リバース装置が分離されたビームを空間領域に戻して交響曲を完成させます。この変換プロセスは、入射ビームを空間領域から「位置 TAM 領域」にマッピングし、空間領域への変換前にフィルタリングを可能にします。
研究者らによって報告された実験的実証は、最大 42 個の個別の TAM パターンの識別を裏付けています。研究結果から、TAMは状態選択性能が優れているため、高速・大容量のデータ伝送や高セキュリティな光暗号化システムに特に魅力的であることがわかった。また、高忠実度フォトニック コンピューティングと量子レーダー信号処理に関する新しい視点も提供します。