We present a scheme to realize a controllable, scalable, low-cost, and versatile all-fiber orbital angular momentum (OAM) converter. The converter consists of a two-mode fiber (TMF) with its input terminal welded with a single-mode fiber, a mechanical long-period grating (LPG), a mechanical rotator, metal flat slabs, and a fiber polarization controller. The LPG is employed to convert the fundamental fiber mode to higher-order modes and the flat slabs are used to stress the TMF to adjust the relative phase difference between two orthogonal higher-order modes. Selective conversion from the LP01 mode to the LP11a, LP11b, OAM−1, or OAM+1 mode is demonstrated in the experiment.

We propose a simple approach to broadband generation of orbital angular momentum (OAM) carrying vector beams based on compact metamaterials. It consists of two concentric rings in a gold film, where each ring is composed of subwavelength rectangular apertures with gradually varied orientation. The subwavelength rectangular aperture serves as a localized spatial polarizer. We show the generation of different OAM-carrying vector beams with OAM charge number and polarization order varying from -3 to +3 using a 11.2×11.2 μm device. The extinction ratio can exceed 20 dB, and the operation bandwidth (1500 nm) can cover from 1000 to 2500 nm (from near-infrared to mid-infrared). The device provides three degrees of freedom (polarization order l, polarization of input beam σ, and initial orientation angle α(0)) to flexibly generate different OAM-carrying vector beams. We can use a single device to generate two OAM-carrying vector beams with opposite charge sign of OAM by simply controlling the polarization of the input beam. We further study the performance dependence of the designed metamaterials on the offset of the initial orientation angle, length, and width of the rectangular apertures. The obtained results indicate favorable fabrication tolerance.

Magnetoresistive random access memory (MRAM) is proposed to be employed in cryogenic memory for low power consumption due to its excellent outstanding performance at low temperature. In this work, we demonstrate the memory function using optimized spin-orbit torque magnetic tunnel junctions (SOT-MTJ) or MRAM below 10K for the first time. The efficiency of the MTJ is more than doubled by the modified MTJ stack and etching process. In addition, the cryogenic environment significantly increases the tunneling magnetoresistance (TMR) and the coercive field (H C ) by 40% and 100% respectively, indicating a wider margin and higher reliability. The switching voltage increases by 30% at 8K, which is acceptable compared to the enhancement of H C . It is believed that SOT-MRAM is a promising technology to meet the needs of cryogenic computing.