💡这项突破是什么?
声学时空涡旋波束的传播过程中，由于沿着x方向的横向空间扩散效应，波束会逐渐发生形变，并发生劈裂现象(图4(c))。为了减少这种变形的产生，对环形的频谱沿kx方向进行压缩，即对应于实空间中的涡旋波束在x方向进行拉伸，构造出椭圆形的涡旋波束。如图4 (d)所示，可以看出这种波形操作抑制了时空涡旋波束的横向空间扩散效应。
图4：(a)压缩后的时空涡旋平面波谱；(b)正空间中波束沿x方向拉伸；(c)拉伸之前横向扩散效应较明显；(d)拉伸后横向扩散效应被抑制。
涡旋波束的一个重要应用是利用OAM模式复用实现高速通信，该工作也展示了不同拓扑荷的时空涡旋在时空域同样满足正交关系。在实验中，声压场的实部由麦克风测量直接得到，声压场的虚部由实部的希尔伯特变换得到（如图5(a)中所示）。对测量到的拓扑荷从-2到+2的声压场两两作归一化内积可以得到时空涡旋的正交关系（如图5(b)所示）。
图5：(a)拓扑荷为1和2的声压场实部与虚部； (b)不同拓扑荷时空涡旋的正交关系。
该研究成果以“Spatiotemporal Acoustic Vortex Beams with Transverse Orbital Angular Momentum”为题发表于《Physical Review Letters》期刊，并被选为当期封面文章。论文共同第一作者为南京大学葛浩副研究员和硕士生刘帅，通讯作者为南京大学陈延峰教授、卢明辉教授和上海科技大学刘晓平研究员。南京大学许相园博士、田源博士和硕士生龙子威共同参与了研究。感谢香港大学张霜教授的深入讨论。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等相关项目的支持。
该工作将时空涡旋的概念推广到了声学领域，产生了携带横向轨道角动量的声学时空涡旋波束。声学时空涡旋所具有的横向轨道角动量为操控声波提供了新的自由度，可以应用在实现模式复用的高容量声通信以及面内瞬态声学操纵等方面。该工作也为探索波动物理提供了新的平台，将会激发对更多的新奇声学时空结构声场的探索研究。
论文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.014001
