在過去的幾十年中，帶有軌道角動量(OAM)的光束引起了越來越多的關注，在許多領域都顯示出破壞性的應用：粒子捕獲和鑷子處理，高分辨率顯微鏡，天文冠冕照相，大容量電信和安全性。

　　攜帶OAM的光束具有特殊的扭曲波陣面，并且具有不同OAM的模式彼此正交，并且可以在相同頻率下承載獨立的信息信道而不會受到任何干擾。在電信領域，這種未被開發(fā)的自由度提供的潛在無限制狀態(tài)空間為增加光網(wǎng)絡的信息容量并以可持續(xù)的方式解決頻率飽和問題(也稱為“光學緊縮”)提供了有希望的解決方案。這種方法對于自由空間和光纖傳播都是有效的。

　　當前，迫切需要進一步開發(fā)能夠在不同的OAM模式之間重新配置和切換的新穎設備，以充分利用OAM為經(jīng)典通信和量子通信提供的額外自由度。到目前為止，常規(guī)方法僅對在OAM上實現(xiàn)移位操作(即加法或減法)有用。

　　首次設計和制造出新穎的光學元件，以緊湊高效的方式進行光的軌道角動量的乘法和除法。這項研究是由意大利帕多瓦大學物理與天文學系的Gianluca Ruffato博士，Michele Massari博士和Filippo Romanato教授進行的。該研究結果最近發(fā)表在《光：科學與應用》上。

　　這些光學器件的關鍵元件由將輸入OAM光束的方位角相位梯度映射到圓形扇區(qū)的光學變換表示。通過將多個圓形扇區(qū)變換組合到單個光學元件中，可以通過將相位分裂并映射到互補的圓形扇區(qū)來倍增輸入OAM狀態(tài)的值。相反，通過組合多個逆變換，可以通過將輸入光束的不同互補圓形扇區(qū)映射為相等數(shù)量的圓形相位梯度來實現(xiàn)初始OAM值的劃分。

　　設計的光學元件以具有高分辨率電子束光刻的小型且緊湊的僅相位衍射光學器件的形式制造，并且在可見光范圍內(nèi)具有光學特性，以證明可倍增或分割輸入的OAM的預期能力光束。這項研究可以發(fā)現(xiàn)在高階OAM模式的乘法生成，基于OAM 光束傳輸?shù)墓庑畔⑻幚硪约半娦胖械墓饴酚?交換方面的經(jīng)典和單光子方案中的應用前景。