光除了具有自旋角动量(SAM)外，还具有轨道角动量(OAM)。每个光子可以携带的OAM，其中可以取任意的整数。在宏观上，光子的OAM表现为光束横向模式的空间分布，其等相位面沿光束传播方向呈现螺旋变化，波前面上相位变化不连续且具有奇异点，光场的这一宏观特性使得它在量子信息、光镊和光学成像等方面具有重要的应用前景。如果快速、准确测量光OAM谱是实现其应用的关键问题之一，但一直以来没有非常简单有效的方法。

旋转多普勒效应

近期，西安交通大学理学院陕西省量子光学与光电量子器件重点实验室与华中科技大学光电国家实验室以及中山大学的科研人员合作，从理论上证明了利用旋转多普勒效应可以将空间模式信息完整地映射到光波的频移上，通过旋转物散射光的频谱构成，可以反推出入射光空间模式的分布。在实验上，通过合理的设计拍频效应，将空间模式一一映射到拍频频率上，利用光电探测器分析拍频信号的成分还原出入射模式的复振幅分布（包括幅度信息和相位信息），实现了一种新型的光场空间模式分析仪。该项技术可快速、准确地测量出光束的模式组成成分，包括OAM谱以及不同OAM之间相对相位和LP模式分布，极大地推进了空间模式测量技术的发展。该技术也被应用于测量少模光纤中的模式损耗和传播常数，进一步开发成一种光纤特征参数分析仪，这种多功能的测量仪器犹如是空间光束的“万用表”，在光学通信、空间光学、量子光学等领域发挥着重要的作用。

该成果近日以“Orbital angular momentum complex spectrum analyzer for vortex light based on the rotational Doppler effect”为题在自然出版集团旗下学术期刊Light: Science & Applications（影响因子13.6）上发表。理学院张沛副教授和华中科技大学董建绩教授是该论文的共同通信作者，其分别指导的博士研究生付栋之和周海龙是该论文的共同第一作者。参与这项工作还有李福利教授、博士生陈东旭。张沛副教授长期从事光的OAM理论和实验研究，在Phys. Rev. Lett.、Phys. Rev. A、Appl. Phys. Lett.、Opt. Lett.等一流物理期刊上发表研究论文50余篇，SCI引用350余次，相关工作引起了国内外相关学者高度评价和广泛关注。

理学院陕西省量子光学与光电量子器件重点实验室在近年来在李福利教授的带领下，以光的OAM为重要研究方向开展了深入系统的研究并取得一系列研究成果。2015年以OAM态的产生、操控、测量及应用为主要研究内容，获得国家自然科学基金重点项目的支持。2016年光子量子态的产生与操控研究获得陕西省科技一等奖。近年来实验室非常重视学术交流与合作，目前与国内外多所高校和研究所开展了实质性的学术合作。实验室多名教师与博士生获得国家留学基金支持，到全球知名大学访问学习，该论文的第一作者付栋之目前在美国罗彻斯特大学光学系Robert Boyd教授研究组进行公派联合培养。

该项研究工作得到国家重点基础研究项目、教育部新世纪优秀人才项目、全国优秀博士论文资助基金、国家自然科学基金面上项目和重点项目、湖北省基础创新研究群体自然科学基金等项目的支持。

论文链接：//www.nature.com/lsa/journal/v6/n4/full/lsa2016251a.html