近日，据物理学家组织网的报道，来自西班牙和美国的科学家组成的一个国际科研团队宣布，他们发现了光的一种新特性——自扭矩特性。也就是说，光具备可以扭曲的特性，这种属性叫做角动量。

具有高度结构化角动量的光束具有轨道角动量（OAM），并且被称为涡旋光束。它们看起来像一个围绕共同中心的螺旋线，当它们撞击一个平坦的表面时，它们看起来像圆环形。

实验内容:

首先朝氩气云发射两束激光，迫使光束重叠，使之成为单数激光从另一侧射出，结果形成了一种旋涡光束。

继续实验，调整两束入射激光的轨道角动量，并且使之稍微不同步后，形成了一束想开瓶器并且扭曲情况逐渐变化的旋涡光束。

实验现象:

涡旋光束看起来就像一个围绕共同中心旋转的螺旋，当其撞击一个平坦表面时，它们看起来像甜甜圈那样的圆环。在新研究中，研究人员用具有轨道角动量的光束进行实验，因为他们发现，这种光的行为方式前所未有。从另一个角度来看，光束前面的单个光子围绕其中心轨道运行的速度比其后面的光子慢。

结果猜想:

将本次实验现象，光的新属性称为自扭矩。这一属性此前从未被人预测过。

应用领域:

研究人员认为，使用他们的技术应该可以调制光的轨道角动量，其调制方式与通信设备中调制频率的方式非常相似，这有望催生能操纵极微小材料的新型设备。

根据经典电动力学理论，电磁辐射既携带线动量也携带角动量，其中，角动量是由自旋角动量（Spin Angular Momentum，SAM）和轨道角动量（Orbital Angular Momentum，OAM）组成的。自旋角动量仅与光子的自旋有关，表现为圆偏振状态。

轨道角动量表示电子绕传播轴旋转，是由能量流（由坡印廷矢量描述）围绕光轴旋转而产生的，它使电磁波的相位波前呈涡旋状，因此，携带有轨道角动量的电磁波也被称为涡旋电磁波。

将轨道角动量应用在电磁波中，在正常的电磁波中添加一个相位旋转因子，此时电磁波波前将不再是平面结构，而是绕着波束传播方向旋转，呈现出一种螺旋的相位结构。涡旋波每绕传输轴旋转一圈，相位波就前进。
1992年，Allen等人证实了轨道角动量（Orbital Angular Momentum，OAM）的存在，人们由此开始探讨轨道角动量的应用。最初对轨道角动量的应用主要在光通信领域。2014年，在维也纳实现了携带OAM的光波在自由空间中的3km传输，其误码率小于1.7%。

2007年，瑞典空间物理研究所Thidé B教授等人首次提出将光子OAM应用于低频，通过仿真验证了可以使用相控阵列天线产生涡旋电磁波，开创了将轨道角动量应用于无线通信中的先河，提出了将涡旋电磁波用于扩大无线通信容量的设想。

Mohammadi S M等人利用相控阵列天线产生了涡旋电磁波，并在29.98MHz处进行了实验，并且提出，当圆形阵列天线直径越大时，波瓣图中两个对称主瓣之间的夹角减小，图案变得更加准直，并且旁瓣数量增加，由于旁瓣的角度比主瓣宽的多，所以它们不会沿着波束轴被检测到，但是旁瓣的增加会导致能量的分散，因此可以通过合理设计天线直径来控制OAM传播的方向性。除了相控阵列天线以外，在无线通信领域还有很多种涡旋波生成方法，例如阶梯型反射面天线、螺旋抛物面天线、时间开关相控阵列天线阵列法等。
目前在无线通信领域，对OAM的研究主要集中在如何利用复用技术提高频谱利用率和传输效率。2011年，Fabrizio Tamburini等人在意大利威尼斯采用螺旋抛物面天线和八木天线第一次验证了涡旋波在无线通信复用传输中的可能性，该实验经过442米传输。文献利用不同状态的OAM进行复用传输，可达到最大32Gbit/s的传输速率和16Gbit/s/Hz的频谱效率。

在光纤通信领域，由于现网中广泛使用的是单模光纤传输，而传统单模光纤支持的传输模式必须是基模，具有螺旋相位波前的涡旋波在单模光纤中传输是会由于模式简单简并退化成平面波，目前只能依赖特殊光纤传输OAM信道。2013年，Alan E. Willner团队利用特殊设计的光纤来传输OAM光束，实现了1.6 Tbit/s的光信息传输，传输光纤长为1.1km，这项研究为未来基于OAM的光通信技术的光纤传输提供了可能。但是特殊光纤的设计、制作成本较高，不利于推广使用，也不利于与现有网络进一步融合。因此，要把OAM技术应用于光纤通信领域还是有一定难度的。