北京理工大學的研究人員開發出一種光子TAM 操縱器，可有效利用光子角動量，為資料傳輸、加密和量子訊號處理開闢了新途徑。新技術實現了角動量模式的高效識別和即時控制。

旋轉物體攜帶角動量，這項特性也延伸到最微小的粒子，如光子。光子擁有兩種不同形式的角動量：自旋角動量（SAM）和軌道角動量（OAM）。自旋角動量在兩個特徵值之間舞動，代表左右圓極化，而軌道角動量則有無限個特徵值，對應於螺旋階段。當SAM 與OAM 結合在一起時，我們見證了”總角動量”（TAM）的出現，這是一個光子工具箱，應用領域廣泛，涵蓋激光雷達、激光處理、光通信、光計算、量子信息等。

正如OAM 為該領域帶來的革命性變化一樣，TAM 模式的高效識別和即時控制也為TAM 的突破性應用提供了關鍵。然而，現有的識別光子TAM 狀態的方法有其局限性，包括動態範圍受限、識別精度低以及無法即時調整濾波。這些限制因素限制了TAM 的開發和應用進展。從光子束中提取所需的TAM 模式至今仍是一個未解之謎。

總角動量操縱器的概念結構：攜帶多種角動量模式的光束透過操縱器進行過濾。資料來源：Li 等人，doi 10.1117/1.AP.5.5.056002。

根據《先進光子學》（Advanced Photonics）雜誌報道，北京理工大學的研究人員開發出了一種光子TAM 操縱器，它消除了障礙，實現了對SAM 和OAM 的按需操縱。他們的方法涉及兩個類似單元的對稱級聯：TAM 分離器和TAM 反向器。這些單元由被稱為解包器和校正器的專用光學元件組成。

我們可以將光子TAM 操縱器想像成一個指揮家，領導著一個由光線組成的交響樂團。TAM 分離器將進入的光束轉換成空間排列的條紋組合，每個條紋代表一種TAM 模式。空間濾波器開始運作，決定哪些TAM 模式需要保留，哪些需要屏蔽。最後，TAM 反向器將分離的光束帶回空間域，完成這首交響樂。這個轉換過程將入射光束從空間域對應到”位置-TAM 域”，以便在轉換到空間域之前進行過濾。

當多TAM 狀態入射時，系統在直通和選擇性阻斷情況下的性能。(a) 入射光束的實驗結果；(b) 上述兩種情況下輸出光束的TAM 光譜。在直通情況下，輸出模式與輸入模式一致。對於選擇性阻斷情況，放置在分離平面上的空間濾波器為Sp2。阻擋後，這些光束的圖案從花瓣形狀轉變為甜甜圈形狀。資料來源：Li 等人，doi 10.1117/1.AP.5.5.056002。

研究人員報告的實驗演示支持識別多達42 種單獨的TAM 模式。研究結果表明，TAM 具有良好的狀態選擇性能，因此對高速大容量資料傳輸和高安全性光子加密系統特別有吸引力。它也為高保真光子計算和量子雷達訊號處理提供了新的視角。