Abstract

We use a Laguerre–Gaussian laser mode within an optical tweezers arrangement to demonstrate the transfer of the orbital angular momentum of a laser mode to a trapped particle. The particle is optically confined in three dimensions and can be made to rotate; thus the apparatus is an optical spanner. We show that the spin angular momentum of ±?per photon associated with circularly polarized light can add to, or subtract from, the orbital angular momentum to give a total angular momentum. The observed cancellation of the spin and orbital angular momentum shows that, as predicted, a Laguerre–Gaussian mode with an azimuthal mode index <i>l</i>=1 has a well-defined orbital angular momentum corresponding to ? per photon.

© 1997 Optical Society of America

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. E. Siegman, Lasers (University Science, Mill Valley, Calif., 1986), Sec. 17.5, pp. 685–695.
  2. J. M. Vaughan and D. V. Willetts, Opt. Commun. 30, 263 (1979).
  3. L. Allen, M. W. Beijersbergen, R. J. C. Spreeuw, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 45, 8185 (1992).
  4. D. N. Pattanayak and G. P. Agrawal, Phys. Rev. A 22, 1159 (1980).
  5. S. M. Barnett and L. Allen, Opt. Commun. 110, 670 (1994).
  6. M. Harris, C. A. Hill, and J. M. Vaughan, Opt. Commun. 106, 161 (1994).
  7. M. W. Beijersbergen, R. P. C. Coerwinkel, M. Kristensen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 112, 321 (1994).
  8. N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, and A. G. White, Opt. Lett. 17, 221 (1992).
  9. N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, H. Rubinsztein-Dunlop, and M. J. Wegener, Opt. Quantum Electron. 24, S951 (1992).
  10. M. W. Beijersbergen, L. Allen, H. E. L. O. van der Veen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 96, 123 (1993).
  11. M. Babiker, W. L. Power, and L. Allen, Phys. Rev. Lett. 73, 1239 (1994); S. J. van Enk G. Nienhuis, Opt. Commun. 94, 147 (1992).
  12. N. B. Simpson, L. Allen, and M. J. Padgett, J. Mod. Opt. 43, 2485 (1996).
  13. H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).
  14. M. E. J. Friese, J. Enger, H. Rubinsztein-Dunlop, and N. R. Heckenberg, Phys. Rev. A 54, 1593 (1996).
  15. K. T. Gahagan and G. A. Swartzlander, Jr., Opt. Lett. 21, 827 (1996).
  16. A. Ashkin, J. M. Dziedzic, J. E. Bjorkholm, and S. Chu, Opt. Lett. 11, 288 (1986).
  17. S. Oka, in Rheology, F. R. Eirich, ed. (Academic, New York, 1960), Vol. 3.

1996

M. E. J. Friese, J. Enger, H. Rubinsztein-Dunlop, and N. R. Heckenberg, Phys. Rev. A 54, 1593 (1996).

K. T. Gahagan and G. A. Swartzlander, Jr., Opt. Lett. 21, 827 (1996).

1995

H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).

1994

S. M. Barnett and L. Allen, Opt. Commun. 110, 670 (1994).

M. Babiker, W. L. Power, and L. Allen, Phys. Rev. Lett. 73, 1239 (1994); S. J. van Enk G. Nienhuis, Opt. Commun. 94, 147 (1992).

1993

M. W. Beijersbergen, L. Allen, H. E. L. O. van der Veen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 96, 123 (1993).

1992

N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, H. Rubinsztein-Dunlop, and M. J. Wegener, Opt. Quantum Electron. 24, S951 (1992).

L. Allen, M. W. Beijersbergen, R. J. C. Spreeuw, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 45, 8185 (1992).

N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, and A. G. White, Opt. Lett. 17, 221 (1992).

1986

A. Ashkin, J. M. Dziedzic, J. E. Bjorkholm, and S. Chu, Opt. Lett. 11, 288 (1986).

A. E. Siegman, Lasers (University Science, Mill Valley, Calif., 1986), Sec. 17.5, pp. 685–695.

1980

D. N. Pattanayak and G. P. Agrawal, Phys. Rev. A 22, 1159 (1980).

1979

J. M. Vaughan and D. V. Willetts, Opt. Commun. 30, 263 (1979).

1960

S. Oka, in Rheology, F. R. Eirich, ed. (Academic, New York, 1960), Vol. 3.

Agrawal, G. P.

D. N. Pattanayak and G. P. Agrawal, Phys. Rev. A 22, 1159 (1980).

Allen, L.

S. M. Barnett and L. Allen, Opt. Commun. 110, 670 (1994).

M. Babiker, W. L. Power, and L. Allen, Phys. Rev. Lett. 73, 1239 (1994); S. J. van Enk G. Nienhuis, Opt. Commun. 94, 147 (1992).

M. W. Beijersbergen, L. Allen, H. E. L. O. van der Veen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 96, 123 (1993).

L. Allen, M. W. Beijersbergen, R. J. C. Spreeuw, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 45, 8185 (1992).

N. B. Simpson, L. Allen, and M. J. Padgett, J. Mod. Opt. 43, 2485 (1996).

Ashkin, A.

Babiker, M.

M. Babiker, W. L. Power, and L. Allen, Phys. Rev. Lett. 73, 1239 (1994); S. J. van Enk G. Nienhuis, Opt. Commun. 94, 147 (1992).

Barnett, S. M.

S. M. Barnett and L. Allen, Opt. Commun. 110, 670 (1994).

Beijersbergen, M. W.

M. W. Beijersbergen, L. Allen, H. E. L. O. van der Veen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 96, 123 (1993).

L. Allen, M. W. Beijersbergen, R. J. C. Spreeuw, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 45, 8185 (1992).

M. W. Beijersbergen, R. P. C. Coerwinkel, M. Kristensen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 112, 321 (1994).

Bjorkholm, J. E.

Chu, S.

Coerwinkel, R. P. C.

M. W. Beijersbergen, R. P. C. Coerwinkel, M. Kristensen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 112, 321 (1994).

Dziedzic, J. M.

Enger, J.

M. E. J. Friese, J. Enger, H. Rubinsztein-Dunlop, and N. R. Heckenberg, Phys. Rev. A 54, 1593 (1996).

Friese, M. E. J.

M. E. J. Friese, J. Enger, H. Rubinsztein-Dunlop, and N. R. Heckenberg, Phys. Rev. A 54, 1593 (1996).

H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).

Gahagan, K. T.

Harris, M.

M. Harris, C. A. Hill, and J. M. Vaughan, Opt. Commun. 106, 161 (1994).

He, H.

H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).

Heckenberg, N. R.

M. E. J. Friese, J. Enger, H. Rubinsztein-Dunlop, and N. R. Heckenberg, Phys. Rev. A 54, 1593 (1996).

H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).

N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, and A. G. White, Opt. Lett. 17, 221 (1992).

N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, H. Rubinsztein-Dunlop, and M. J. Wegener, Opt. Quantum Electron. 24, S951 (1992).

Hill, C. A.

M. Harris, C. A. Hill, and J. M. Vaughan, Opt. Commun. 106, 161 (1994).

Kristensen, M.

M. W. Beijersbergen, R. P. C. Coerwinkel, M. Kristensen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 112, 321 (1994).

McDuff, R.

N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, H. Rubinsztein-Dunlop, and M. J. Wegener, Opt. Quantum Electron. 24, S951 (1992).

N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, and A. G. White, Opt. Lett. 17, 221 (1992).

Nienhuis, G.

M. Babiker, W. L. Power, and L. Allen, Phys. Rev. Lett. 73, 1239 (1994); S. J. van Enk G. Nienhuis, Opt. Commun. 94, 147 (1992).

Oka, S.

S. Oka, in Rheology, F. R. Eirich, ed. (Academic, New York, 1960), Vol. 3.

Padgett, M. J.

N. B. Simpson, L. Allen, and M. J. Padgett, J. Mod. Opt. 43, 2485 (1996).

Pattanayak, D. N.

D. N. Pattanayak and G. P. Agrawal, Phys. Rev. A 22, 1159 (1980).

Power, W. L.

M. Babiker, W. L. Power, and L. Allen, Phys. Rev. Lett. 73, 1239 (1994); S. J. van Enk G. Nienhuis, Opt. Commun. 94, 147 (1992).

Rubinsztein-Dunlop, H.

M. E. J. Friese, J. Enger, H. Rubinsztein-Dunlop, and N. R. Heckenberg, Phys. Rev. A 54, 1593 (1996).

H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).

N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, H. Rubinsztein-Dunlop, and M. J. Wegener, Opt. Quantum Electron. 24, S951 (1992).

Siegman, A. E.

A. E. Siegman, Lasers (University Science, Mill Valley, Calif., 1986), Sec. 17.5, pp. 685–695.

Simpson, N. B.

N. B. Simpson, L. Allen, and M. J. Padgett, J. Mod. Opt. 43, 2485 (1996).

Smith, C. P.

N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, H. Rubinsztein-Dunlop, and M. J. Wegener, Opt. Quantum Electron. 24, S951 (1992).

N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, and A. G. White, Opt. Lett. 17, 221 (1992).

Spreeuw, R. J. C.

L. Allen, M. W. Beijersbergen, R. J. C. Spreeuw, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 45, 8185 (1992).

Swartzlander, Jr., G. A.

van der Veen, H. E. L. O.

M. W. Beijersbergen, L. Allen, H. E. L. O. van der Veen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 96, 123 (1993).

van Enk, S. J.

M. Babiker, W. L. Power, and L. Allen, Phys. Rev. Lett. 73, 1239 (1994); S. J. van Enk G. Nienhuis, Opt. Commun. 94, 147 (1992).

Vaughan, J. M.

J. M. Vaughan and D. V. Willetts, Opt. Commun. 30, 263 (1979).

M. Harris, C. A. Hill, and J. M. Vaughan, Opt. Commun. 106, 161 (1994).

Wegener, M. J.

N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, H. Rubinsztein-Dunlop, and M. J. Wegener, Opt. Quantum Electron. 24, S951 (1992).

White, A. G.

Willetts, D. V.

J. M. Vaughan and D. V. Willetts, Opt. Commun. 30, 263 (1979).

Woerdman, J. P.

M. W. Beijersbergen, L. Allen, H. E. L. O. van der Veen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 96, 123 (1993).

L. Allen, M. W. Beijersbergen, R. J. C. Spreeuw, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 45, 8185 (1992).

M. W. Beijersbergen, R. P. C. Coerwinkel, M. Kristensen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 112, 321 (1994).

J. Mod. Opt.

N. B. Simpson, L. Allen, and M. J. Padgett, J. Mod. Opt. 43, 2485 (1996).

Opt. Commun.

S. M. Barnett and L. Allen, Opt. Commun. 110, 670 (1994).

M. Harris, C. A. Hill, and J. M. Vaughan, Opt. Commun. 106, 161 (1994).

M. W. Beijersbergen, R. P. C. Coerwinkel, M. Kristensen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 112, 321 (1994).

J. M. Vaughan and D. V. Willetts, Opt. Commun. 30, 263 (1979).

M. W. Beijersbergen, L. Allen, H. E. L. O. van der Veen, and J. P. Woerdman, Opt. Commun. 96, 123 (1993).

Opt. Lett.

Opt. Quantum Electron.

N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, H. Rubinsztein-Dunlop, and M. J. Wegener, Opt. Quantum Electron. 24, S951 (1992).

Phys. Rev. A

L. Allen, M. W. Beijersbergen, R. J. C. Spreeuw, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 45, 8185 (1992).

D. N. Pattanayak and G. P. Agrawal, Phys. Rev. A 22, 1159 (1980).

M. E. J. Friese, J. Enger, H. Rubinsztein-Dunlop, and N. R. Heckenberg, Phys. Rev. A 54, 1593 (1996).

Phys. Rev. Lett.

H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).

M. Babiker, W. L. Power, and L. Allen, Phys. Rev. Lett. 73, 1239 (1994); S. J. van Enk G. Nienhuis, Opt. Commun. 94, 147 (1992).

Other

S. Oka, in Rheology, F. R. Eirich, ed. (Academic, New York, 1960), Vol. 3.

A. E. Siegman, Lasers (University Science, Mill Valley, Calif., 1986), Sec. 17.5, pp. 685–695.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Metrics