声波的“漩涡”——声学轨道角动量的产生、操控与应用
在自然界中，携带着角动量的涡旋现象十分常见，例如我们熟悉的水涡及气旋等。众所周知，波动也携带能量及动量，因此我们也可以对携带着线动量P的一束波定义其外角动量：L=r×P。显然这个角动量的大小依赖于波阵面的形态及坐标原点的选择。对于通常的具有轴对称波阵面的波束而言，假如将该坐标原点选为其轴对称中心，角动量的大小则为零。另外，人们已经证明无论是电子波、光波或声波，都可以在特定条件下形成携带角动量的涡旋场。在涡旋场中，波会在行进过程中沿着其轴扭转，形成类似螺丝锥或者意大利面的形态，典型例子如图1所示。这种扭转会造成轴线上波的彼此相消，产生一个具有零场强的中心。若涡旋声束投影在一个平坦表面上，声涡旋看起来将会像一个环，在中心处存在一个没有声压的“黑色”区域。
- 2022-01-16
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