Spatial Distribution of Phase Singularities in Optical Random Vector Waves
相位奇点是在光学领域以及其他物理领域中广泛研究的位错。从实验和理论上证明了光的矢量性对随机光场中位相奇点的空间分布的影响。虽然在标量随机波相位奇点表现出空间分布让人想起粒子在各向同性液体中，在矢量场中，它们的分布为不同的矢量分量成为各向异性由于传播和场方向之间的直接关系。本文将这种关系引入Berry和Dennis的标量场理论[Proc.R. Soc. A 456，2059（2000）]，我们定量地描述了我们的实验。
2018-07-03 physics.optics
Topologically protected four-dimensional optical singularities
光学奇点在现代光学中起着重要的作用，经常被用于结构光、超分辨率显微镜和全息术。虽然相位奇点被唯一地定义为未定义相位的位置，但迄今为止研究的偏振奇点要么是部分的，即，明确定义的偏振的亮点，或对于小的场扰动不稳定的亮点。我们首次展示了一个完整的，拓扑保护的偏振奇点，它位于由三个空间维度和波长跨越的4D空间中，并在级联超颖表面透镜系统的焦点中创建。场雅可比矩阵在这种高维奇异性的设计中起着关键作用，这种高维奇异性可以扩展到多维波动现象，并为拓扑光子学和精密传感中的新应用铺平道路。
2022-08-18 physics.optics
Multidimensional optical singularities and their applications
本综述澄清了多维光学奇点的命名，证明任何奇点场可视为有限集的主“通用”奇点集合，并基于一致的数学框架阐述其拓扑鲁棒性及维度控制，同时综述了稳定与近似奇点的设计技术及其跨学科应用。
2024-06-02 physics.optics
Persistence and Lifelong Fidelity of Phase Singularities in Optical Random Waves
相位奇点是光像螺旋一样扭曲的位置，根据扭曲方向具有正或负拓扑电荷。在随机波场中产生的众多奇点中，有些奇点可以在同一位置找到，但只有当它们表现出相反的拓扑电荷时，它们才会相互湮灭。也可以创建新的对。通过理论和数值模拟相结合的近场实验，研究了随机光场中相位奇性的持续性和配对统计随激发波长的变化。我们演示了如何这样的实体可以加密的随机场中，他们出现的基本属性。
2018-07-03 physics.optics
Optical polarization singularities in metallic cavities excited by electric dipole sources
针对光学腔内部偏振奇点特性研究不足的问题，采用全波有限元模拟研究电偶极源激发的金属腔中光偏振奇点，揭示其相关规律与机制，为光场奇点和拓扑特性研究提供思路并拓展应用场景。
2024-12-09 physics.optics
Detection of phase singularities with a Shack-Hartmann wavefront sensor
虽然自适应光学系统能够去除偏振光束中的适度波前畸变，但出现在强偏振光束中的相位奇异性会严重降低这种自适应光学系统的性能。因此，探测这些相位奇异性是强闪烁自适应光学的一个重要方面。我们调查的相位奇点的检测与援助的夏克-哈特曼波前传感器，并表明，尽管一些系统的缺陷固有的夏克-哈特曼波前传感器，它可以用于可靠的检测相位奇点，无论其形态。我们提供了完整的分析结果，以及检测过程的数值模拟。
2006-11-20 physics.optics
Singularities in Speckled Speckle: Screening
研究了两种不同长度尺度的随机光场中光学奇点的屏蔽问题。我们称这种场产生的散斑图案为斑点状散斑，因为图案中的主要散斑斑点本身是高度斑点状的。我们研究组合的领域，其组件表现出短期和长期的相关性，并找到不寻常的形式的筛选。
2008-07-21 physics.optics
Transmutation of singularities and zeros in graded index optical instruments: a methodology for designing practical devices
我们描述了一种设计方法，用于修改梯度折射率光学仪器的折射率分布，将奇点或零在其折射率。该工艺保持了器件性能，同时产生了全介电的渐变轮廓，不需要具有不切实际值的材料，并且与边界介质阻抗匹配。这是通过使用变换光学的形式来变换奇点（或零点）来实现的，但是具有要求坐标变换的梯度连续的附加边界条件。当空间变化的介电常数和磁导率分布被缩放到可实现的值时，该附加的边界条件确保设备与边界介质阻抗匹配。我们演示了伊顿镜头的一些细节的方法，然后描述的配置文件的“不可见的光盘”和“多极”镜头。
2014-01-13 physics.optics
Generating and processing optical waveforms using spectral singularities
本文利用激光阈值处的谱奇点生成相干变换受限波形，并用于展开高调制频率波形，实现光学频率下的复频率相干吸收，应用于量子计算、光子电路和生物医学。
2023-11-14 physics.optics
Generation and dynamics of optical beams with polarization singularities
我们提出了一种方便的方法来产生矢量光束的偏振奇点在其轴上，通过部分自旋轨道角动量转换在适当的图案化液晶细胞。所得到的偏振图案在光束轴上呈现C点，并且在其周围呈现L线环，并且可以具有不同的几何结构，诸如\qo{lemon}、\qo{star}和\qo{spiral}。我们的生成方法允许我们控制L线环的半径围绕中心C点。此外，我们调查的自由空气传播这些领域在瑞利范围。
2013-01-07 physics.optics
All-optical programming of polarization singularities in a photonic-crystal laser
Ecole Centrale de Lyon, CNRS, INSA Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CPE Lyon, Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL)（里昂中央理工学院，法国国家科学研究中心，里昂国立应用科学学院，里昂第一大学，里昂高等化工学院，里昂纳米技术研究所）；Department of Physics, NISM Institute, University of Namur（纳慕尔大学物理系，NISM研究所）；Centre for OptoElectronics and Biophotonics (COEB), School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University（南洋理工大学电气与电子工程学院光电与生物光子学中心）；CNRS-International-NTU-Thales Research Alliance (CINTRA)（法国国家科学研究中心-国际南洋理工大学-泰雷兹研究联盟）
本文提出通过全光编程实现光子晶体激光中的实空间偏振奇点控制，利用形状光泵产生慢变的介观势场，使负质量布里渊带局域化为受激态，通过泵浦形状调控奇点数量和位置，同时保持动量空间奇点不变。
2026-05-09 physics.optics
Generic Optical Singularities and Beam-field Phenomena due to General Paraxial Beam Reflection at a Plane Dielectric Interface
适当配置的平面电介质界面处的单个近轴光束反射可以导致对于任何中心入射角在非均匀偏振输出光束场中形成偏振奇异性。在本文中，我们推导出实现这一效果的必要条件。我们探讨了相位奇异特性与此相关的偏振奇异场，并探讨了由于控制输入偏振的变化的奇异性的动力学。模拟生成的精确场信息导致探索独特的古斯-汉兴，Imbert-Fedorov和自旋位移的光学奇异场和自旋轨道相互作用现象的精确数学表征的预期。随后解释独立于偏振奇异性的相位奇异性的形成。将这些看似不相关的光束场现象和通用光学奇点联系起来，可以对非均匀偏振光束场有一个重要的和基本的理解;此外，我们的奇点生成方法可以在所涉及的电介质的实验表征中找到潜在的应用。
2022-06-21 physics.optics
Tangled nonlinear driven chain reactions of all optical singularities
详细研究了光折变晶体LiNbO 3中产生的一般椭圆偏振散斑场的偏振光学奇异性链式反应动力学。结果表明，偏振奇异性是通过入射激光引起的光折变非线性驱动的散斑场的拓扑链式反应而产生的。所有的光学奇点（C点、光学涡旋、光学空竹）都是由输出波前的瞬时拓扑结构定义的，并被奇异光学流纠缠在一起。因此，他们已经发展在纠结的方式由六个拓扑链式反应驱动的非线性过程中使用的非线性介质（光折变LiNbO 3：Fe在我们的情况下）：C-点和右（左）偏振分量域与正交的左（右）偏振光学涡旋的光学空竹。当有核奇点直接湮灭或与异奇点以1：9的比例湮灭时，链式反应的所有元素都是由环和链组成的。统计学的拓扑原因是在循环轨迹中，出生奇点对与现有邻居奇点足够远的分离概率很低。利用动态Stokes偏振仪对散斑场的拓扑结构进行了测量和分析。定义了控制纠缠链式反应的奇异性层次。利用散斑场发展过程中“稳定岛”的存在性和参数，获得了有关光学损伤演化特性的有用时空数据。
2012-01-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical Poynting singularities of propagating and evanescent vector Bessel beams
对于传播和消逝矢量贝塞尔光束，我们研究了能流密度为零的坡印廷矢量奇点（坡印廷奇点）。坡印廷奇异性包括所有的相位奇异性和一些偏振奇异性（L点和C点）。我们揭示的存在条件和位置的奇点，这是位于圆柱表面上的光束轴。我们将倏逝贝塞尔光束的特殊情况标记为柱面驻波形式，即在任意空间点处都是奇异的。
2009-11-19 physics.class-ph physics.optics
Superluminal Correlations in Ensembles of Optical Phase Singularities
Technion–Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；Kansas State University（堪萨斯州立大学）；Harvard University（哈佛大学）；Stanford University（斯坦福大学）；ICFO-Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Inst. of Sci. and Tech.（巴塞罗那光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究所）；ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis Avancats（加泰罗尼亚高级研究学院）；University of Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；Bar-Ilan University（巴伊兰大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究通过超快电子显微镜观测光学相奇点集合的超光速动态，揭示其在相空间中的关联特性，推动拓扑缺陷动态研究。
2025-09-22 physics.optics
Evolution of the phase singularities in edge-diffracted optical-vortex beams
本文从理论和实验两方面研究了当屏幕边缘在横向平面内从光束边缘向轴线方向永久平移时，边缘衍射光涡旋光束在固定截面内振幅零点的迁移。一般来说，振幅零点（光学涡核）描述螺旋状轨迹。当屏幕边缘均匀前进时，振幅零点的运动并不平滑，有时会显示出非常高的速率，这给人一种从一个位置到另一个位置的瞬时“跳跃”的印象。我们分析了这些跃迁的性质、条件和机制，并指出它们与涉及光涡旋偶极子的“出生-湮灭”拓扑反应有关。
2016-05-22 physics.optics
Three Dimensional Reconfigurable Optical Singularities in Bilayer Photonic Crystals
本文提出利用可调谐双层光子晶体实现三维可重构光学奇点，动态调制了连续域束缚态与轨道角动量，为多维偏振和相位控制提供了新方向。
2023-11-20 physics.ins-det physics.optics
Spatiotemporal optical vortex solitons: Dark solitons with transverse and tilted phase line singularities
描述了自散焦克尔介质中的涡旋孤子（暗孤子），其相位线奇异性不平行于传播方向，而是垂直或倾斜几乎任意角度，这取决于介质的线性色散。这些孤子将实验中观察到的时空光学涡旋扩展到非线性领域，为光学涡旋的实际应用开辟了新的前景。
2021-07-30 nlin.PS physics.optics
Short and Long Range Screening of Optical Singularities
讨论了具有短程关联和长程关联的近轴光场拓扑荷（奇点）的屏蔽。对于短程屏蔽，半径为$R$的圆形区域中的电荷方差随$R$线性增长，而不是如在没有屏蔽的情况下所预期的那样随$R^{2}$线性增长;对于长程屏蔽，电荷方差比$R$增长更快：对于自相关函数为零阶贝塞尔函数J_{0}的场，电荷方差增长为R ln R$。一个J_{0}关联函数是无法实现的，在实践中，但我们展示了如何产生一个光场的关联函数密切接近这种形式。电荷方差可以通过计算区域A内的正负奇点来测量，或者更容易地通过计算A周边上的带符号的零交叉来测量。在\For中，第一种方法通过对电荷关联函数C（r）积分来计算电荷方差，第二种方法通过对过零关联函数Gamma（r）积分来计算电荷方差。使用C（r）和Gamma（r）的显式形式，我们表明两种计算方法产生相同的结果。我们表明，对于短距离筛选的零交叉可以计数沿直线的长度等于P，但对于长距离筛选这种简化不再成立。我们还证明了，对于可实现的光场，当R足够小时，电荷方差为R^2，而当R足够大时，电荷方差为R。这些普遍规律适用于短程和伪长程关联函数。
2007-10-30 physics.optics
Extremize Optical Chiralities through Polarization Singularities
手征光学效应通常是沿着激发波的某些特定入射方向（特别是对于非手性结构的非本征手征性）量化的，或者通过平均所有结构取向之间的响应来定义为方向无关性质。虽然对于各种应用具有重要意义，但相对于入射方向或结构取向的手性极值化（最大化或最小化）尚未被探索，特别是以系统的方式。在本研究中，我们从准简正模和远场辐射的偏振奇异性的角度研究了开放光子结构的手征响应。动量球的非平凡拓扑保证了奇异方向的存在，沿着该方向模辐射是圆偏振或线偏振的。当平面波沿这些方向入射时，互易性确保了分别对于圆偏振和线偏振的对应模式辐射的光学手征的理想最大化和最小化。对于一般的椭圆偏振方向，我们已经揭示了微妙的平等的斯托克斯参数和圆二色性，表明一个固有的手征结构可以出乎意料地表现出没有手征在所有或甚至手征相反的不同入射方向。我们建立的框架不仅可以应用于有限的散射体，但也无限的周期性结构，包括内在和外在的光学手征。我们有效地合并了手性和奇异光学这两个充满活力的学科，这可能会引发更多的光学手性奇异性相关的跨学科研究。
2021-01-17 physics.optics
Manipulating propagation and evolution of polarization singularities in composite Bessel-like fields
具有偏振奇异性的结构光场因其在传输过程中保持拓扑不变性的能力而受到广泛关注。在过去的20年里，在物理系统的数学描述、产生和检测技术、传播动力学和应用等方面取得了许多进展。然而，最关键和最困难的任务之一仍然是操纵PS与多个自由度，特别是在三维（3D）定制的光场。提出并证明了在复合矢量光场上叠加具有正交偏振态的类贝塞尔模所得到的纵向PS线。场中嵌入的PS可以被操纵以沿着任意轨迹稳健地传播，或者在3D空间中的按需位置处相互湮灭、复活和变换，从而允许灵活地定制复杂的PS拓扑形态和强度图案。我们的研究结果可以刺激对奇异光学的进一步研究，并有助于微操作，微结构制造和光学加密等应用。
2022-07-18 physics.optics
Spontaneous generation of singularities in paraxial optical fields
在非相对论性量子力学中，光滑有限波函数中奇点的自发产生是一个很好理解的现象，也发生在自由粒子上。利用二维薛定谔方程与光学傍轴波动方程之间的相似性，定义了一类新的平方可积傍轴光场，它在弱聚焦薄透镜的焦点处产生空间奇异性。这些领域的特点是由一个单一的实参数，其值决定了奇异性的性质。这种新的场增强机制可能会激发各种技术和科学应用的富有成效的研究。
2016-04-11 physics.optics quant-ph
Optical Spectral Singularities as Threshold Resonances
光谱奇异性是复杂散射势的一般数学特征之一。物理上，它们对应于表现为零宽度共振的散射态。对于一个简单的光学系统，只要增益系数与其阈值相一致，并且系统的其它参数选择适当，就会出现光谱奇异性。我们探讨了一个典型的半导体增益介质的光谱奇异性的具体实现，并提出了一种方法，构建一个可调谐激光器，工作在阈值增益。
2011-02-23 hep-th math-ph math.MP
Complex far fields and optical singularities due to propagation beyond tight focusing: combined effects of wavefront curvature and aperture diffraction
本文通过模拟与实验研究紧聚焦后准直过程中波前曲率与孔径衍射共同导致的复杂远场和光学奇点，证明这些偏差本身具有基础光学研究价值，并提出减少偏差的方法及未来研究方向。
2024-06-06 physics.optics
Spectral Singularities of a Complex Spherical Barrier Potential and Their Optical Realization
光谱奇点的数学概念允许物理解释为零宽度共振。它发现了一种光学实现，作为某种类型的激光效应，发生在阈值增益。我们探讨了一个复杂的球形势垒的光谱奇异性，并研究了它们的实现作为横向球形电磁波发射的增益介质与球形几何。特别地，对于一种典型的染料激光材料，我们得到了发生这种光谱奇异性的增益介质尺寸的下限。
2011-07-10 math-ph math.MP physics.optics
Symmetry breaking of optical vortices: Birth and annihilation of singularities in the evanescent field
用简单的方法处理了光学涡旋（或相位奇点、螺旋位错）与普通物质的相互作用。利用全内反射现象和入射到折射率低于原始传播介质的四个平面波的叠加，我们能够显示在具有弯曲拓扑特征的倏逝场中光学涡旋的产生和湮灭。到目前为止，这种现象仅在自由空间传播中进行了探索。通过适当的调谐过程，涉及入射平面波的入射角和振幅，有可能在材料附近产生不寻常的光学涡旋拓扑特征。我们相信，这项工作可以打开近场光学弯曲光学涡旋操纵的新方面。
2011-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
All-optical control of phase singularities using strong light-matter coupling
当受限电磁模式和分子共振之间的耦合强度超过对环境的损耗时，就会发生强的光-物质耦合。强耦合的研究已经被激发的应用，如激光和化学过程的修改。在这里，我们表明，强耦合可以用来创建相位奇点。许多纳米光子结构已经被设计成产生用于传感和光电子学的相位奇点。我们利用无腔强耦合的概念，其中由材料维持的电磁模式足够强以强烈地耦合到材料自身的分子共振，以在有机分子的简单薄膜中创建相位奇点。我们表明，使用的光致变色分子允许全光控制的相位奇点。我们的研究结果提出了一个新的应用程序强光物质耦合和一个新的，简化的，更通用的途径奇异相位光学。
2021-09-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Singularities in Speckled Speckle: Statistics
具有两个非常不同的相关长度的随机光场产生远场散斑，其本身是高度散斑的。我们称这种图案为斑点斑点，并使用分析理论和计算机模拟来研究它们的临界点（奇点和稳定点）。我们发现异常的临界点和数量级异常的相对数密度的空间排列，并在相关的零交叉的密度。
2008-06-23 physics.optics
Optical Spectral Singularities and Coherent Perfect Absorption in a Two-Layer Spherical Medium
光谱奇异性是对应于阈值增益下的激光发射的零宽度谐振。它的时间反转引起光的相干完全吸收，形成反激光的理论基础。在这篇文章中，我们探讨了两层球形介质的光谱奇异性。特别是，我们研究的情况下，增益介质是由一层高折射率玻璃和一层增益材料覆盖的球形玻璃的薄层覆盖。在前一种情况下，涂层减少了激发光谱奇异点所需的最小半径，并导致形成由宽光谱间隙分离的光谱奇异点簇。在后一种情况下，涂层导致光谱奇点的数量加倍。
2012-05-24 hep-th math-ph math.MP
Coupling phase-switching with generalized Brewster effect for tunable optical sensor designs
本研究利用相变材料Sb2Se3与金基底构成多层异质结构，在单一布鲁斯特角实现s和p偏振光同时消失的广义布鲁斯特效应，并通过相变切换产生多个相位奇异点，用于高灵敏CO2气体传感。
2024-02-11 physics.optics
Perturbative Analysis of Spectral Singularities and Their Optical Realizations
我们发展了一种计算Schreodinger算子谱奇异性的微扰方法，该算子由在闭区间外消失的一般复势定义。这些可以被实现为零宽度谐振在光学增益介质中，并对应于发生在阈值增益的激光效应。它们的时间反转复制品产生光的相干完美吸收，也被称为反激光。我们使用我们的一般结果建立的精确性的n阶微扰理论的任意复杂的潜力组成的n个δ函数，获得一个精确的表达式，这些潜力的转移矩阵，并检查光谱奇异性的复杂的障碍势的任意形状。在光谱奇异性的背景下，这些对应于不均匀的增益介质。
2012-07-10 hep-th math-ph math.MP
Quantized Optical Vortex-array Eigenstates in a Rotating Frame
本文利用Bessel光束线性组合形成硬光阱，在旋转参考系中构造具有同荷或混合荷奇点的静止光学涡旋阵列，并揭示纯线性设置下旋转速率的量子化及光流体解释。
2023-08-15 physics.optics
Localization and migration of phase singularities in the edge-diffracted optical-vortex beams
当具有光学涡旋的圆对称光束在具有锐边的不透明屏上衍射时，光学涡旋芯偏离光轴，并且在m电荷入射的情况下，光学涡旋芯分解为|m|单电荷。通过数值模拟，并以拓扑荷数|m| =1，2，3的入射光束为例，我们发现，当屏幕边缘单调地向光轴方向移动时，衍射光束截面中的光阀沿螺旋状轨迹远离入射光束轴。轨迹包含精细的结构细节，反映了衍射光束的性质和特殊的空间配置。对于库默尔光束的衍射，轨迹包含自交叉和“向后”旋转（环）的区域;在拉盖尔-高斯光束的情况下，轨迹更平滑。数值结果得到了解析近似的支持，并与实验相符。轨迹的一般形状及其局部行为对衍射条件（衍射光束的空间结构，其相对于屏幕边缘的布置等）具有很高的敏感性，其可用于不同的MEMS应用中。
2016-05-22 physics.optics
Topological metrology and its application to optical position sensing
我们激励计量方案的基础上拓扑奇点作为一种方式来建立对系统变形的鲁棒性。特别是，我们涉及的参考设置的拓扑奇点的测量输出的拓扑系统。作为示例，我们讨论光学纳米位置感测（i）使用平衡光电检测器和象限光电检测器，以及（ii）更一般的基于图像的方案。在这两种情况下，参考设置是对应于从散射场强度分布构建的输出空间中的拓扑奇点的散射体位置。
2015-12-09 physics.optics
Multifunctional imaging enabled by optical bound states in the continuum with broken symmetry
通过破缺正方晶格光子晶体平板的面内C2对称性，将连续域束缚态分裂为相反手性的C点，并利用其手性选择性构建多功能成像系统，实现边缘成像与明场成像的切换。
2023-10-27 physics.optics
Magnetically tunable singularity of Moire bound states in the continuum
Wuhan University of Technology（武汉理工大学）；Wuhan University（武汉大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Zhejiang University（浙江大学）
本研究通过外部磁场调控磁光莫尔束缚态的拓扑奇点，揭示其在连续体中的高Q因子特性。
2025-12-20 physics.optics
Regularization of the spectral singularity in $\mathcal{PT}$-symmetric systems by all order nonlinearities: Nonreciprocity and optical isolation
光谱奇异性是普遍存在的PT对称性导致无限的传输和反射系数。这样的无穷大意味着介质中的场的发散，从而打破了用于获得这种奇点的介质线性的假设。我们确定了饱和非线性保留贡献的所有订单的领域，以限制无限增长和正规化的频谱奇异性。我们提出了明确的数值结果来证明正则化。的所有阶非线性PT对称设备示出表现出非常有效的隔离或光学二极管的行动，因为通过这样的系统的传输是非互易的。相比之下，已知线性系统或具有克尔非线性的系统仅具有互易传输。此外，我们证明了这样的系统具有高对比度的光学双稳态。
2013-10-30 physics.optics
Evolution of the Stokes parameters, polarization singularities, and optical skyrmion
从偏振奇异性的角度，通过分析由非线性薛定谔方程导出的斯托克斯参量的演化方程，给出了偏振光的物理理论。本文从两个方面对该问题进行了研究：第一个方面是单模斯托克斯参量的研究，即用传输距离$ z $来描述单模斯托克斯参量。偏振奇点的轨迹简单地由满足以下规则的点给出：$ S_3 (z) = +(-)S_0 $和$ 0 $（$ S_3 $表示斯托克斯参数的第三分量），其在线性和非线性双折射存在的情况下形成以C线为中心被L表面包围的管状表面。指出旋光性（或手征性）是揭示偏振奇异性的“障碍”。另一方面，我们考虑了Stokes参量的场论方面，构造了一个特殊的解，称为光学skyrmion，解释了偏振奇异性，skyrmion形成了一个{tube}，并简要讨论了它的动力学内容。在此工作的基础上，进一步的分析将有望揭示偏振光学的隐藏方面。
2021-02-15 nlin.PS physics.optics
Topological phase singularities in atomically thin high-refractive-index materials
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMDC）由于激子光谱特征、通过外部选通、掺杂或光调节其常数的可能性以及机械稳定性而为许多光子应用提供了有希望的平台。将此类材料用于传感或光学调制目的需要巧妙的光学设计，因为2D材料本身只能提供很小的光学相位延迟--这是原子厚度的结果。为了解决这个问题，我们结合薄膜的二维半导体表现出激子线与标准的商业SiO $_2$ /Si基板的法布里-珀罗谐振器，以实现反射的拓扑相位奇点。在这些奇异点周围，反射光谱表现出快速的相位变化，而结构表现为完美的吸收体。此外，我们证明，这种拓扑相位奇点是无处不在的整个类的原子薄TMDC和其他高折射率材料，使其成为一个强大的工具，在平面光学相位工程。作为一个实际的演示，我们采用PdSe $_2$拓扑相位奇异的折射率传感器，并证明其优越的相位灵敏度相比，典型的表面等离子体共振传感器。
2021-06-23 physics.app-ph physics.optics
Optical computation of divergence operation for vector field
拓扑物理学要求有稳定的方法来测量光矢量场的偏振奇异性。本文提出了一种周期性等离子体元表面来计算矢量傍轴光束的发散角。我们设计了这样一种光学器件，可以同时计算沿平行和垂直于入射平面的两个方向的空间微分。发散运算是通过在两个导数结果之间创建相长干涉来实现的。我们证明，这样的光学计算提供了一个新的直接途径来阐明特定的偏振奇异的矢量场。
2020-03-24 physics.app-ph physics.optics
Simple experimental realization of optical Hilbert Hotel using scalar and vector fractional vortex beams
从历史上看，无限长一直被认为是一个模糊的概念-无限的，无尽的，比最大的更大-没有任何量化的数学基础。这一观点在19世纪通过Georg Cantor的开创性工作而改变，他表明无限集合遵循自己看似矛盾的数学规则。1924年，大卫·希尔伯特通过一个思想实验强调了无穷大的奇异性，这个实验现在被称为希尔伯特旅馆悖论，或者简称为希尔伯特旅馆。这个悖论描述了一个“完全”被占用的假想酒店，它有无限多的单人房间，经理总是可以通过简单地将当前的客人转移到下一个最高的房间来为新客人找到一个房间，留下第一个房间空着。波场奇异性的研究揭示了希尔伯特思想实验的直接光学类比的存在。从那时起，人们一直在努力调查希尔伯特酒店的属性，通过控制“分数”阶光学涡旋光束的相位奇点的动力学。在这里，我们已经采取了这样的建议，以一个新的水平和实验证明希尔伯特的酒店使用相位和偏振奇点的光场。使用多斜坡螺旋相位板和超连续谱源，我们产生和控制分数阶涡旋光束的希尔伯特酒店的实际实施中的标量和矢量涡旋光束。使用多斜坡螺旋相位板，我们显示了复杂的广义希尔伯特酒店的过渡的可能性。通用的实验方案说明了有用的结构光束在可视化不寻常的数学概念，也为分数矢量光束驱动的基础和应用研究。
2023-03-20 physics.optics
Polarization singularities on high index nanoparticles
本文研究了线偏振平面波激励下光学谐振腔散射场中偏振奇异性的产生。首先，我们证明了分析，各向同性的电和磁偶极子的组合可以维持L面，和C线从近场传播到远场。在此基础上，我们通过奇异光学的论证，导出了反常散射的Kerker条件。其次，通过精确的全场计算，我们证明了高折射率的球形谐振腔呈现出这样的拓扑保护功能。此外，我们还计算了产生的C线周围光的偏振结构，揭示了偏振椭圆主轴上的莫比乌斯带结构。这些结果证明，高折射率纳米粒子是产生和控制偏振奇异性的优秀候选者，它们可能会导致光学天线周围的光场拓扑结构的实验研究的新平台。
2016-01-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical vortex trajectories as probes for wavefront aberrations
本文研究不同像差对光学涡旋轨迹的影响，提出描述二者关系的度量指标，并基于轨迹形状实现可区分离焦、彗差和像散的自动聚焦算法，推动基于相位奇点的波前传感发展。
2025-04-11 physics.optics
Probing Internal Dynamics of Spatiotemporal Optical Vortex Strings: Spatiotemporal Attraction and Filament Stretching
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Tianjin University（天津大学）；Chongqing University of Technology（重庆理工大学）
本研究首次揭示了单个波包内横向时空奇点的动力学，通过时空吸引效应和反涡流引入，观察到涡旋振荡与丝状拉伸现象，提出FIRST方法实现单次拍摄。
2026-02-10 physics.ins-det physics.optics
A Collective Propagation Law of Optical Vortex Constellations and Longitudinal Sensing
Tampere University（坦佩雷大学）；Universidade de São Paulo（圣保罗大学）
本研究揭示并实验验证了标准高斯背景中任意光涡旋星群的近轴纵向传播确定性规律，利用初等对称多项式（ESPs）捕捉其整体演化，为纵向传感提供了新计量工具。
2026-08-11 physics.optics
Spectral singularities of a potential created by two coupled microring resonators
两个微谐振器，一个具有增益，一个具有损耗，彼此耦合并耦合到总线波导，为在波导中传播的光创建有效的非厄米特势。由于几何形状，每个微谐振器的耦合产生两个具有相等频率的反向传播模式。我们表明，这样的系统可以实现许多类型的散射特性，这是二阶或四阶。光谱奇点分离参数区域，其中光谱是纯实的或者包括复本征值;因此，它们表示相变的点。通过修改谐振腔的增益-损耗关系，这样的光散射体可以充当激光器，作为相干完美吸收体，是单向无反射或透明的，并且支持随时间增长或衰减的束缚态。这些特性是观察到的一个离散系列的入射辐射波长。
2019-03-20 physics.optics
Spectral Singularities, Threshold Gain, and Output Intensity for a Slab Laser with Mirrors
我们探讨的后果出现的线性和非线性光谱奇异性TE模式的均匀板的有源光学材料，放置在两个镜子之间。我们使用的结果与两个基本假设的行为，激光发射的平板的激光阈值条件和输出强度，这些模式，并讨论其物理意义，推导出明确的表达式。特别是，我们揭示的细节的阈值增益和输出强度上的位置和属性的镜子和增益材料的折射率的实部的依赖。
2017-10-08 physics.optics quant-ph
Optical Two-Centered Charges, Dipoles, and Conveyor-Belt Modes in Bipolar Coordinates
Florida A&M University（佛罗里达农工大学）
通过全息生成双极坐标下的亥姆霍兹方程解，实现具有多中心相位奇点的光学模式，包括光学偶极子和双中心电荷分布，并识别出连接电荷中心的传送带模式。
2026-06-23 physics.optics
Point singularity array with metasurfaces
本研究利用超表面逆向设计，在柱对称场中确定性生成十个点奇点阵列，实现紧密纵向约束，并展示其在原子陷阱和超分辨成像中的潜力。
2022-11-28 physics.optics
Topological features of vector vortex beams perturbed with uniformly polarized light
在矢量涡旋光束中心出现的光学奇点是不稳定的，因为它们的拓扑荷高于麦克斯韦方程所允许的最低值。灵感来自概念上类似的现象发生在偏振模式表征的天窗，我们展示了如何扰动，打破径向对称矢量光束的对称性导致形成一对基本的和稳定的奇点，即点的圆偏振。我们准备一个径向（或方位角）矢量光束和均匀线性偏振高斯光束的叠加;通过改变这两个领域的振幅，我们控制这些奇点对的形成和它们的空间分离。我们完成了这项研究，应用相同的分析矢量涡旋光束具有较高的拓扑电荷，并通过调查的功能时，出现的高斯项的强度增加。我们的研究结果可以找到应用的背景下，奇点，弱场的测量考虑他们作为扰动的不稳定光束。
2017-01-17 physics.optics
Third-order Exceptional Point and Successive Switching among Three States in a Degenerate Optical Microcavity
开放系统最有趣的拓扑特征之一是表现出特殊点（EP）奇点。除了广泛研究的二阶EP（EP 2），在任何系统中探索高阶EP需要更复杂的拓扑结构，这仍然是一个挑战。在这里，我们遇到了一个三阶EP（EP 3）的第一次在一个简单的制造可行的增益-损耗辅助光学微腔。使用散射矩阵的形式主义，我们研究了三个连续的耦合状态之间的同时相互作用围绕两个EP 2，这产生一个EP 3。在确定的EP 3周围的绝热参数变化之后，我们提出了三个耦合态之间的鲁棒的连续态转换机制。所提出的方案确实开辟了一个独特的平台来操纵集成设备中的光。
2020-03-24 physics.optics
Multiple-order differential imaging based on two types of topological singularity in one dimensional photonic crystals
本文研究了一维光子晶体中两类拓扑奇点在斜入射和正入射下的多阶微分成像效应，实现了深亚波长区域的各阶微分成像，为开发鲁棒性更强的光学微分器件开辟了新路径。
2025-06-01 physics.optics
