清華大學龍桂魯研究組：在自然光軌道角動量研究取得進展

【成果簡介】

最近，龍桂魯教授及其博士生楊哲與美國羅徹斯特大學Robert W. Boyd教授研究組以及中國地質大學高祿副教授合作，首次演示了利用自然光（熱光）的軌道角動量強度漲落關聯性質，實現對于振幅目標以及相位目標的識別。該成果以“Digital spiral object identification using random light”為題于2017年07月28日發表在Light: Science & Applications (2017) 6, e17013。該論文被選為期刊封面文章，楊哲為第一作者，龍桂魯教授為共同通訊作者。

【圖文導讀】

圖1?用自然光進行數字螺旋物體識別的實驗裝置

（a）實驗設置

（b）自然光空間強度分布的圖像

（c）振幅被編碼到測試臂中的SLM中

圖2?具有四到六重旋轉對稱性的振幅物體的數字螺旋識別

（a）具有α=π/ 6和β=π/ 4的四重旋轉對稱的物體
（b）α=π/ 8和β=π/ 3的類似物體
（c，d）相應的二階相關矩陣
（e，f）分別由c和d中的虛線框表示的行

【研究內容】

光的軌道角動量是光的一種特殊性質，近年來引起了人們的廣泛關注。光的軌道角動量具有廣泛的應用前景，可以用來加載和傳輸高維信息、操縱微觀粒子運動、進行光學度量、實現成像和遙感探測等，所以具有重要的研究價值。光的軌道角動量與方位角是一對傅立葉共軛量，利用這個關系，相干光經過特定的物體之后，其軌道角動量的分布會有特定的形狀，通過測量譜分布，可以獲得物體的振幅和相位信息，這種技術叫做數字螺旋成像（Digital Spiral Imaging）。除了相干光源之外，利用一對糾纏光子之間的軌道角動量的高階關聯性質，也可以實現兩路分布的數字螺旋成像，其成像對比度以及識別效率非常高。

最近，龍桂魯教授及其博士生楊哲與美國羅徹斯特大學Robert W. Boyd教授研究組以及中國地質大學高祿副教授合作，首次演示了利用自然光（熱光）的軌道角動量強度漲落關聯性質，實現對于振幅目標以及相位目標的識別。因為物體振幅或者相位信息會加載在傅立葉變換譜中，而通過對于二階軌道角動量關聯譜的測量得到的譜分布，可以反推物體的振幅或者相位信息。這種新型的目標識別技術具有壓縮感知特性，需要的測量次數遠遠小于逐像素成像方案。而且，這個目標識別方案不需要制備脆弱的糾纏態，可以工作在任意的照明強度之下，所需要的識別時間遠遠小于使用糾纏光源的情況。另外本方案還具有抗干擾能力。

原文鏈接：http://www.phys.tsinghua.edu.cn/publish/phy/5282/2017/20170816004000138432094/20170816004000138432094_.html

文獻鏈接：Digital spiral object identification using random light（Light: Science & Applications,2017,DOI:10.1038/lsa.2017.13）

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