柱矢量光束的角動量

劉寶盈

（商洛學院 物理與電子信息工程系，陜西商洛 726000）

眾所周知，光束具有能量、線動量和角動量。1936年Beth通過實驗觀察到了光場中光子的角動量，即自旋角動量[1]。1992年，Allen等研究了近軸條件下線偏振的拉蓋爾——高斯光束（LG）的軌道角量[2]，發現LG光束的角動量可以分成兩部分：一部分取決于光的偏振態，即僅與光子的自旋量子數相關的角動量，稱為光束的自旋角動量；另一部分取決于光傳播時的螺旋形波前相位，即僅與角向量子數相關的角動量，稱為光束的軌道角動量。隨后他們研究了非近軸拉蓋爾——高斯軸對稱矢量光束[5-8]，發現自旋角動量只與偏振有關而軌道角動量只與螺旋相位波前有關這一描述近軸光束角動量的理論對非近軸光束已不適合[3-6]。O'Neil等研究發現，非近軸光束在與囚禁在光軸附近的雙折射微粒相互作用時，其自旋角動量和軌道角動量作用截然不同，自旋角動量的傳遞使微粒繞自軸旋轉，而軌道角動量的傳遞則使微粒繞光軸旋轉[7]。實驗還發現，在非均勻各向同性介質中自旋角動量可以轉換為軌道角動量[8]，通過一個高數值孔徑，近軸光束的自旋角動量也能轉換為非近軸光束的軌道角動量[9]。李春芳利用他建立的光束表示理論[10]研究了具有整體偏振特性的一類非近軸光束的自旋和軌道角動量，分析了兩者之間的區別和聯系[11]。這些理論研究和實驗結果都說明光束的自旋和軌道角動量既有區別又密切相關。

本文按……