Single-pixel microscopy with photonic orbital angular momentum

角动量 物理 光学 光子学 干涉测量 光子 显微镜 角谱法 光的轨道角动量 干扰(通信) 多模光纤 量子成像 轨道角动量复用 量子 对称(几何) 相(物质) 量子光学 天文干涉仪 角动量耦合 光子纠缠 光谱成像 显微镜 强度(物理) 噪音(视频) 辐射强度
作者
Xu Wang,Qijian Xiong,Furong Yin,Yu Fu,Meihua Zhuang,Yaqin Zhou,Xiupin Lv,Xiangsheng Xie,Haoxu Guo
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:128 (18)
标识
DOI:10.1063/5.0335460
摘要

Single-pixel imaging combines low cost, high sensitivity, and broad spectral adaptability, offering advantages for imaging beyond the visible spectrum. Leveraging the orbital angular momentum (OAM) of photons introduces a powerful degree of freedom, yet its application to single-pixel microscopy has been hindered by the challenge of high-dimensional complex OAM spectrum detection. Here, we exploit the conjugate symmetry of OAM eigenmodes, namely, Laguerre–Gaussian modes, and employ a unitary operation to decouple their intertwined phase and intensity profiles, thereby yielding detection modes that contain only intensity variations. This strategy enables direct single-pixel acquisition while fully eliminating the reliance on interferometric detection. Our method enables efficient sampling of fine details, achieves up to 4551-dimensional OAM spectrum measurements with 4.38 μm resolution, and uniquely supports functionalities such as region-of-interest imaging. These results establish a versatile framework that extends OAM to microscopic imaging and highlights its potential in multimode optical communication, quantum imaging, and non-visible spectral regimes.

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