光子既是經(jīng)典信息也是量子信息的理想載體。單個(gè)光子不僅可以攜帶自旋角動(dòng)量,還可以攜帶軌道角動(dòng)量。自旋角動(dòng)量的研究歷史比較悠久,早在1909年,Poynting就將宏觀上光波的圓偏振態(tài)和微觀上單個(gè)光子的自旋角動(dòng)量聯(lián)系起來(lái)。但直到1992年,荷蘭Leidon大學(xué)的Allen等才在理論上確認(rèn)光子也可以攜帶另外一種形式的角動(dòng)量――軌道角動(dòng)量,它來(lái)源于光波的螺旋相位。他們發(fā)現(xiàn):具有螺旋相位結(jié)構(gòu)exp(il?)的光波,每個(gè)光子將攜帶l?軌道角動(dòng)量,其中l(wèi)是任意整數(shù)。因此,與二維的偏振態(tài)相比,軌道角動(dòng)量的重要意義在于構(gòu)建一個(gè)高維的Hilbert空間,從而實(shí)現(xiàn)高維信息(包括經(jīng)典信息和量子信息)的編碼。

經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展,軌道角動(dòng)量的制備、調(diào)控及應(yīng)用研究目前已然成為國(guó)際光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。從經(jīng)典光學(xué)領(lǐng)域的新型光通信體制、光學(xué)微操控、新穎光學(xué)成像,到量子光學(xué)領(lǐng)域的高維量子信息編碼、新型的量子信息協(xié)議、量子精密測(cè)量等,軌道角動(dòng)量都展示出獨(dú)特的魅力和誘人的應(yīng)用前景。

為了反映該領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展與前沿動(dòng)態(tài),在主編郭光燦院士的倡議下,《量子電子學(xué)報(bào)》適時(shí)策劃了“軌道角動(dòng)量:從經(jīng)典光學(xué)到量子信息”專(zhuān)輯。在國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者和研究人員的積極響應(yīng)和共同努力下,本專(zhuān)輯最終收錄20篇論文,包括14篇綜述和6篇研究論文。從涉及的主題來(lái)看,既涵蓋了軌道角動(dòng)量制備及調(diào)控的各種器件、結(jié)構(gòu)和方法,也包括了軌道角動(dòng)量檢測(cè)及應(yīng)用的各種方案、原理和手段。涉及的具體研究領(lǐng)域既涵蓋了基礎(chǔ)物理方面的光自旋-軌道耦合效應(yīng)、相干操控及手性效應(yīng),也包含了非線性光學(xué)方面的軌道角動(dòng)量轉(zhuǎn)換、調(diào)控,還包括量子光學(xué)與量子信息方面高維軌道角動(dòng)量的量子態(tài)傳輸、關(guān)聯(lián)效應(yīng)、糾纏復(fù)用以及量子密鑰分發(fā)等各類(lèi)研究。這些論文很好地展現(xiàn)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展,同時(shí)也展望了未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景。

軌道角動(dòng)量作為一個(gè)全新的光子自由度,已開(kāi)拓了光學(xué)與光子學(xué)領(lǐng)域一系列全新的應(yīng)用,但它的一些嶄新特性和潛在應(yīng)用仍有待科學(xué)家的繼續(xù)探索,挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存！希望本專(zhuān)輯的推出能夠吸引更多的專(zhuān)家學(xué)者,特別是優(yōu)秀的青年學(xué)者,一起協(xié)同攻關(guān),推進(jìn)該領(lǐng)域研究的快速發(fā)展。

值此專(zhuān)輯發(fā)表之際,恰逢中國(guó)量子光學(xué)的開(kāi)拓者之一、《量子電子學(xué)報(bào)》主編郭光燦院士八十華誕,謹(jǐn)以此專(zhuān)輯向我們的領(lǐng)路人表示崇高的敬意與誠(chéng)摯的祝福！