中心力场中的电子涡旋

电子涡旋波最早是在轨道角动量守恒的系统中被发现.对于轨道角动量不守恒的系统,涡旋波的存在与否尚不清楚.以相对论情况下的中心力场中的电子为例,构建了在轨道角动量不守恒但总角动量守恒的情况下,当携带固定总角动量的电子沿z轴传播时,对此时系统所对应的电子涡旋波进行微扰求解;并结合Foldy-Wouthuysen(F-W)变换,说明了在相对论情况下,中心力场下携带轨道角动量的电子沿z轴传播时确实存在涡旋解,同时展示了相对应的涡旋波解和螺旋等相位面.

基于FORTRAN的双色圆偏振激光场光电离的电子涡旋研究

通过求解二维含时薛定谔方程的方法研究了双色反旋圆偏振激光场中He+光电子的电子涡旋。我们用FORTRAN语言编程模拟He+在双色反旋圆偏振激光场中光电子动量分布,发现He+在双色反旋圆偏振激光场中光电子动量分布呈涡旋结构,并且当改变两束激光脉冲的发射顺序时,电子旋涡也会随之发生改变。同时,我们还发现反旋激光场的电子涡旋旋向的变化受两束激光的发射顺序影响。我们利用激光场脉冲的矢势轨迹来揭示电子涡旋的变化规律。

自旋-轨道耦合系统的电子涡旋

在轨道角动量守恒的无自旋-轨道耦合系统中存在带轨道角动量量子数的电子涡旋波解,研究了存在自旋-轨道耦合,轨道角动量不守恒的系统,发现携带总角动量量子数的电子旋量波函数也有涡旋波解,表现为自旋波函数和涡旋波波函数的纠缠波函数.以中心力场中的电子为例,构建了自旋-轨道耦合导致的轨道角动量不守恒但总角动量守恒的情况下,携带固定总角动量量子数的电子沿z轴传播的涡旋波旋量波函数结构.对自旋-涡旋纠缠中相应的电子涡旋波进行了微扰求解,并结合Foldy-Wouthuysen变换,说明了在相对论情况下,中心力场中携带固定总角动量量子数的电子沿z轴传播时也确实存在四分量旋量的涡旋解,从而为有自旋-轨道耦合导致的轨道角动量不守恒但总角动量守恒的系统提供了存在涡旋结构的理论支持.

论回旋电子与涡旋电磁波量子:涡旋电子波包

回旋电子辐射涡旋电磁波量子的理论模型是量子态涡旋电磁波技术的关键.本文是“论回旋电子与涡旋电磁波量子”系列论文的第一部分,建立了“涡旋电子波包”相关理论模型.能级跃迁辐射是涡旋电子最自然的辐射之一.为了给出单个涡旋电子回旋辐射产生涡旋电磁波量子机理,本文根据磁场中电子的守恒量推导了恒定磁场中涡旋电子波函数,对相对论电子波包的运动情况做出分析,并通过求解狄拉克方程解释了自旋角动量和轨道角动量在本质上不可分割的情况.另外,在求解过程中根据相对论能量本征方程得到回旋电子在磁场中的横向能级分布,即朗道能级,并仿真得到电子具有确切轨道角动量数时的朗道能级形状.

强激光场中涡旋电子的动力学过程

研究了携带固有轨道角动量的强涡旋电子在强激光中的动力学过程.利用相对论拉莫进动方程和自旋进动方程(T-BMT)方程,研究了涡旋电子的内禀轨道角动量和自旋角动量在啁啾激光场中的演化规律.由于啁啾激光脉冲的不对称性,初始静止的涡旋电子在啁啾脉冲的作用下获得了MeV的加速,并实现了自旋和固有轨道角动量的纵向旋转.因此,通过调控啁啾激光的啁啾参数可以获得具有任意角动量方向的相对论涡旋电子.此外,在Foldy-Wouthuysen表象中,强涡旋电子的运动受到类Stern-Gerlach力的显著影响,从而偏离散射平面.这一现象揭示了轨道角动量和电磁场的相互作用及其与电子动量之间的内在关联,并为控制相对论电子的运动提供了一种全新的手段.

论回旋电子与涡旋电磁波量子:涡旋电磁波量子辐射

回旋电子辐射涡旋电磁波量子的理论模型是量子态涡旋电磁波技术的关键.本文为“论回旋电子与涡旋电磁波量子”的第二部分,建立“涡旋电磁波量子辐射”相关理论模型.电子通过能级跃迁能够辐射单个携带内禀OAM(Orbital Angular Momentum)的电磁波量子.为了给出这一辐射机理,推导了非相对论和相对论效应中电子在朗道能级的跃迁概率.由于非相对论效应中朗道能级与内禀OAM模态值的线性关系,电子无论以何种初始状态跃迁都只能辐射平面波量子.相对论效应情况正好相反,可以得到丰富内禀OAM模态值的电磁波量子.在实际工程上,可用特定回旋装置作为产生单个涡旋电磁波量子的辐射源;模态选择上,根据不同内禀OAM模态间具有频率差的特性,利用虹膜嵌入式波导滤波器进行频率筛选,同时选择出特定内禀OAM模态的电磁波量子.最后分析强调了量子态和统计态涡旋电磁波的差异,以及二者在无线传输应用时的优缺点.