New mechanism for polarization singularity of vector vortex beams
最近认识到，在光束的积分表示中的平面波模式的偏振基需要由无发散麦克斯韦方程产生的自由度来确定。这是文献中经常引入的实单位向量，称为Stratton向量。这样确定的极化基在平行于斯特拉顿矢量的动量处是奇异的。本文证明了矢量涡旋光束的积分表示的偏振奇异性来自于与Stratton矢量相关的偏振基的奇异性。讨论了矢量涡旋光束偏振结构与偏振基的一致性。
2020-07-01 physics.optics
Generation and characterization of an array of Airy-vortex beams
我们提出的实验产生和分析的强度和相位的光学涡旋光束起源于叠加的艾里涡旋光束。提出了一种新的理论方案，即由N个对称的艾里涡旋光束（AiVBs）叠加形成AiVBs阵列，其中每个光束与OV叠加，并且具有相同的拓扑荷l.此外，一个单一的实验装置，使光学生成和重建的计算机生成的全息图上实现的空间光调制器和其相位分析的数字全息。实验结果与理论预测一致。该阵列在光镊、光通信调制、光学计量等光学和光子学领域具有广泛的应用前景。
2019-09-11 physics.optics
Hybrid topological evolution of multi-singularity vortex beams: Generalized nature for helical-Ince-Gaussian and Hermite-Laguerre-Gaussian modes
提出了一类广义的标量结构高斯模，包括螺旋-因斯-高斯（HIG）和厄米-拉盖尔-高斯（HLG）光束，并对携带轨道角动量（OAM）的多奇点涡旋光束的混合拓扑演化性质进行了物理分析.考虑到内禀坐标像差和Gouy相移的物理根源，推导出了表征衍射光学系统中一般模式的闭合表达式。提出了一种奇异混合演化性质（Singularities Hybrid Evolution Nature，SHEN）球的图形表示方法，将HLG、HIG等典型子族作为特征曲线在球表面上表示，以可视化多奇异光束的拓扑演化.通过充分的实验验证，阐明了SHEN球在描述精确的奇异分裂现象、奇异结构光场和Gouy相移等方面的突出特性。
2018-11-05 physics.optics
Theoretical and practical aspects of the design and production of synthetic holograms for transmission electron microscopy
光束整形--设计有质量和无质量粒子的相位和振幅的能力--长期以来一直吸引着从事通信、成像和量子力学基础研究的科学家。在光光学中，电磁波（光子）的成形可以使用包括但不限于束源（如在X射线自由电子激光（XFEL）和同步加速器中）、可变形反射镜、空间光调制器、模式转换器和全息图的直接操纵的技术来实现。最近引进的电子全息掩模为电子束整形提供了新的可能性。它们的制造已成为可能的进步，在微米和纳米器件生产使用光刻和聚焦离子束图案。本文提供了一个教程的产生，生产和分析的合成全息图的透射电子显微镜。它首先介绍了合成全息图，概述了为什么他们是有用的光束整形研究材料特性。然后，它侧重于从理论和实验的角度所需的设备的制造，从模拟和实验结果的例子。然后介绍了合成电子全息图作为像差校正器、电子涡旋发生器和空间模式分类器的应用。
2021-09-09 physics.app-ph physics.optics
Generation of optical vortices imitating water vortices
在光学中，我们可以使用特定的方法产生涡旋光束，例如螺旋相位板或计算机生成的全息图。然而，在自然界中，值得注意的是，水可以通过圆形对称的孔产生漩涡。那么，如果光束被光阑衍射时会产生涡旋呢？在这里，我们表明，衍射圆偏振光束的菲涅耳区的光场携带轨道角动量，它可以转移到被困粒子，使轨道旋转。
2022-06-07 physics.optics
Quantitative orbital angular momentum measurement of perfect vortex beams
完美（光学）涡旋（PV）具有将轨道角动量（OAM）编码到定义明确的环形环内的场上的能力。虽然这使得近场径向分布独立于OAM，但是远场径向分布仍然与OAM成比例，形成贝塞尔结构。其结果是，通过模态分解定量测量PV被认为是不可行的。在这里，我们表明，一个PV的OAM含量可以定量测量，包括一个完美的漩涡内的OAM的叠加。我们概述了理论，并确认它通过实验写入空间光调制器的全息图，突出的OAM内容的准确分解所需的照顾。我们的工作将是感兴趣的大社区谁寻求使用这种结构光领域的各种应用，包括光学捕获和镊子，光通信。
2019-02-12 physics.optics
Beam quality measurement through off-axis optical vortex
每个光学系统的挑战之一是保持所使用的光束的质量，由于所使用的光学元件的低条件或它们的未对准，所使用的光束的质量可能会显著降低。根据所使用的整个光学系统，有很多方法专注于最终光束的校正。有效波束评估的问题同样重要。到目前为止，大多数测量都是基于目视检查，这并不总是足够的，特别是当需要高质量的光束时。新颖的方法使用结构光来增加光束对任何缺陷的灵敏度。本文提出了一种利用光学涡旋离轴位移测量光束质量的方法。它使用SLM作为涡旋产生元件，通过适当的全息变换使SLM离轴移动。涡旋轨迹的跟踪可以提供关于光束质量和光学系统的像差的信息。提出了一种新的涡流定位算法。
2019-08-26 physics.optics
Double-Helix Singularity and Vortex-Antivortex Annihilation in Space-Time Helical Pulses
本文提出时空螺旋脉冲，其携带双螺旋奇点，传播中保持拓扑不变性，并展现涡旋-反涡旋成对产生与湮灭，有望成为优于传统涡旋光的信息载体。
2024-09-20 physics.optics
Optical Skyrmions of Vortex Darkness
本文揭示了一类自然存在于光学涡旋相位奇点周围的Gauss-Stokes光学斯格明子，无需整形矢量光束或叠加空间模式与偏振，并通过聚焦场实验证实了其预测特征。
2025-01-28 physics.optics
Soft X-ray Vortex Beam detected by In-line Holography
我们演示了具有轨道角动量的软X射线涡旋光束的同轴全息术。全息图被记录为来自叉形光栅的布拉格衍射波和由菲涅耳波带片产生的发散波之间的干涉。所获得的图像表现出叉形干涉条纹，这证实了涡旋光束的形成。通过对干涉图像的分析，成功地得到了螺旋相位分布。结果表明，同轴全息技术是有前途的拓扑磁体，如磁skyrmion的表征。
2020-06-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coherence-induced Polarization Effects in Vector Vortex Beams
我们从理论和实验上证明了具有偏振奇异性的一般和高阶矢量涡旋光束的相干性引起的偏振变化。聚焦部分相干矢量涡旋光束的显著退偏效应使光束的横向相关宽度减小，这为在保持光束偏振分布的前提下实现光束强度和偏振度的整形提供了一种手段。光强变化和偏振度下降与光束的偏振奇异性指数有关。我们的研究结果可能会提供一个额外的自由度，目前预计与各种类型的矢量涡旋光束的无数应用。
2020-07-21 physics.optics
Orbital angular momentum mode selection by rotationally symmetric superposition of chiral states with application to electron vortex beams
提出了一种适用于旋转对称叠加手征态的轨道角动量（OAM）选模原理。这一原理不仅能够解释螺旋波带片全息图的操作，并表明自然发生的旋转对称图案可能是涡旋光束的无意来源，但更重要的是，它使一般的结构OAM波的系统和灵活的生成。实验和理论上证明了这一点的背景下，使用旋转对称的二元振幅手性筛掩模的电子涡旋束。
2017-01-14 physics.optics quant-ph
Knife-Edge Diffraction of Scalar and Vector Vortex Light
School of Physics & Astronomy, University of Glasgow（格拉斯哥大学物理与天文学学院）；Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul（南里奥格兰德联邦大学物理研究所）
本文提出利用刀刃边缘衍射来识别光的轨道角动量，通过分析弗雷斯涅尔衍射图案中形成的叉状缺陷，展示了简单刀刃边缘衍射在确定光涡旋相位的OAM中的应用，同时探讨了其在光学及其他领域中的潜在应用。
2025-05-22 physics.optics
Phase retrieval of an electron vortex beam using diffraction holography
在光光学和电子光学中，被物体散射的波的振幅是通常以实空间图像或衍射图像中的强度分布的形式记录的可观察量。相反，散射波的相位的恢复是一个众所周知的挑战，这通常是通过干涉或数值方法来接近。在电子显微镜中，由于透镜设置的限制，特别难以检索衍射图像的相位。在这里，我们使用由纳米制造的全息图产生的散焦光束来形成可以与衍射光束干涉的参考波。这种设置提供了一个扩展的干涉区域与样品波函数在夫琅和费平面。作为一个案例研究，我们检索电子涡旋束的相位。除了这个具体的例子，该方法可以用于检索来自广泛的样品的衍射光束的波前。
2017-03-24 physics.optics
High capacity topological coding based on nested vortex knots and links
光学纽结和光学链环因其奇异的拓扑特性而引起人们的广泛关注。最近的研究表明，基于光学节点的信息编码可以具有抗外界扰动的鲁棒性。然而，作为一个优越的编码方案，它也是必要的，以实现高容量，这是很难被现有的结载体，由于有限的数量相关联的拓扑不变量来实现。因此，如何实现高容量的基于节点的信息编码是一个亟待解决的关键问题。在这里，我们创建了一种类型的嵌套涡结，并表明它可以用来实现强大的信息编码与大量的内在拓扑不变量的辅助下的高容量。在实验中，我们设计并制作了超颖表面全息图，以产生维持不同类型嵌套涡旋链的光场。此外，我们还验证了基于这些拓扑光结的大容量编码方案的可行性。我们的工作为实现鲁棒、高容量的光编码开辟了另一条途径，这可能对信息传输和存储领域产生有益的影响。
2022-05-17 physics.optics
Composite multi-vortex diffraction-free beams and van Hove singularities in honeycomb lattices
我们发现石墨烯和MoS $_2$型蜂窝光晶格的无衍射光束。由此产生的复合解决方案具有多涡的形式，与旋量拓扑电荷（$n$，$n\pm1$）。旋量分量的精确解在狄拉克极限下得到。分析了谷自由度和质量的影响。通过van-Hove奇异性，对解的拓扑结构进行了修正。在奇点处，无衍射光束呈现出强局域化的一维条纹。
2015-02-06 physics.optics
Geometric phase associated with Poincaré beams due to unfolding of fractional optical vortex beams
利用混合螺刃位错的计算全息图对高斯光束进行衍射，产生分数阶涡旋光束。将产生的分数涡旋光束展开为双折射晶体内的本征偏振分量，导致光束横截面中的标量相位奇异性转换为矢量偏振奇异性。椭圆场的奇点即C点（未定义长轴的点）和L线（未定义手性的线）穿过光束的演化量化了变换。的位错，横向空间分离和纵向相对相位的两个本征偏振分量上确定的复杂的横向偏振结构的分数阶决定的相位形态的效果进行了研究。所产生的庞加莱光束的性质也通过将偏振态投影到庞加莱球上来表示。随着位错阶数从0.0逐步增加到1.0，相对相位的增加，部分庞加莱梁转化为完整的庞加莱梁。对于不同的展开视场光束的动态相位差，通过C点周围庞加莱球轮廓的几何相位来测量C点周围局部结构的变化。该研究为涡旋光束在不同几何相位下的应用提供了参考。
2019-06-05 physics.optics
Deep-learning-based recognition of multi-singularity structured light
具有定制复杂拓扑图案的结构光激发了以精确检测技术为基础的各种经典和量子研究。然而，目前的检测方案仅限于具有简单相位奇异性的涡旋光束。对具有多个奇点的一般结构光的精确识别仍然是一个难题。在这里，我们报告了一个深度学习（DL）框架，该框架可以在通过相机捕获的光束传播时仅输入两个强度模式后，以端到端的方式揭示多奇点相位结构，从而释放扭曲光子的直观信息。DL工具箱还可以获取具有单奇点的拉盖尔-高斯（LG）模式的相位和其他一般相位对象。利用这个DL平台，基于相位的光学秘密共享（OSS）协议，这是基于一个更一般的类的多奇异模式比传统的LG光束。OSS协议具有安全性强、状态空间丰富、强度测量方便等特点。这项研究为涡旋光束通信、激光模式分析、显微镜、玻色-爱因斯坦凝聚体表征等开辟了新的途径。
2021-08-23 physics.optics
Experimental demonstration of cylindrical vector spatiotemporal optical vortex
我们实验产生了具有横轨道角动量的柱偏振波包，证明了时空光学涡旋与空间偏振奇异性的共存。本文的研究结果将时空波包的研究拓展到更广的范围，为时空波包在光-物质相互作用、光镊、时空自旋-轨道角动量耦合等领域的应用铺平了道路。
2021-01-23 physics.optics
Spin-orbit coupling within tightly focused circularly polarized spatiotemporal vortex wavepacket
自旋-轨道耦合和相互作用作为光场的本征特性已被广泛研究。以往的研究涉及到圆偏振携带的自旋角动量（SAM）和与光束截面内的螺旋相位波前相关的轨道角动量（OAM），其中SAM和OAM都与传输方向平行。本文研究了在紧聚焦条件下，时空光学涡旋（STOV）波包携带的纵向SAM和横向OAM之间的一种新型自旋轨道耦合。当圆偏振STOV波包被高数值孔径物镜聚焦时，会形成复杂的时空相位奇异结构。对于横向偏振分量，由于纵向SAM和横向OAM之间的耦合，相位奇点取向可以显著地远离横向方向朝向光轴倾斜。揭示了旋转量与波包时间宽度之间的关系。更有趣的是，时空相位奇异性结构的连续演化，从纵向到横向方向通过波包观察到的纵向偏振分量。这些奇异的自旋-轨道耦合现象在应用于光物质相互作用时，有望产生新的效应和功能。
2021-03-17 physics.optics
Control of vortex orientation of ultrashort optical pulses using spatial chirp
本文提出通过在纵向涡旋脉冲中引入空间啁啾来控制其线相位奇点的取向，并给出了适用于任意拓扑电荷及任意传播距离的解析表达式。
2023-08-03 physics.optics
Generation and analysis of fractional Hankel-Bessel vortex beams via computational holography
本文利用计算全息和空间光调制器实验生成分数阶汉克尔-贝塞尔涡旋光束，模拟并验证其强度、相位及传播特性，结果与理论一致，展示了在光学操控、显微、通信和计量等领域的应用潜力。
2023-10-12 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Non-Diffractive 3D Polarisation Features of Optical Vortex Beams
由于自旋和轨道角动量之间的相互作用，矢量光学涡旋呈现出复杂的偏振模式。在这里，我们证明，无论是分析和模拟，光学涡旋光束的某些偏振功能保持恒定的横向空间尺寸独立的光束发散，由于衍射。这些极化特征出现在相位奇点附近，并且与纵向电场的存在相关联。预测的效果可能证明在计量和高分辨率成像应用中是重要的。
2022-11-08 physics.optics
Materials processing with tightly focused femtosecond vortex laser beams
这封信是第一次使用紧聚焦的飞秒激光涡旋光束进行材料改性的演示。用参考文献[1]中描述的偏振-奇异光束转换器合成双电荷飞秒涡旋，然后使用中等和高数值孔径光学器件（即，NA = 0.45和0.9）烧蚀熔融石英和钠钙玻璃。通过控制脉冲能量，我们可以始终如一地加工出高质量的微米级环形结构，且凹槽厚度均匀小于100 nm。
2010-06-02 physics.optics
Materials processing with a tightly focused femtosecond vortex laser pulse
这封信是第一次使用紧聚焦的飞秒激光涡旋光束进行材料改性的演示。用参考文献[1]中描述的偏振-奇异光束转换器合成双电荷飞秒涡旋，然后使用中等和高数值孔径光学器件（即，NA = 0.45和0.9）烧蚀熔融石英和钠钙玻璃。通过控制脉冲能量，我们可以始终如一地加工出高质量的微米级环形结构，且凹槽厚度均匀小于100 nm。
2010-06-01 physics.optics
Taming Friedrich-Wintgen interference in resonant metasurface: vortex laser emitting at on-demand tilted-angle
提出并实验验证在光学超表面中按需调控 FW-BIC 偏振奇点，并基于钙钛矿实现斜角高定向、动量空间偏振涡旋激光。
2022-12-20 physics.optics
Multi-wavelength Q-plate Arithmetic in an All-Liquid-Crystal Modular Setup
本文提出了一种基于电可调液晶器件Q-modules的改进方法，解决了传统q-plate堆叠运算中需机械重排以改变输出和工作波长的问题，实现了多波长下的无机械交互动态调控。
2023-05-26 physics.optics
Vectorial vortex generation and phase singularities upon Brewster reflection
实验证明了聚焦圆偏振光经介质基片的布儒斯特反射后，出现了具有相位奇异性的纯方位偏振矢量涡旋光束。这种效应源于布儒斯特定律中描述的菲涅耳反射系数的偏振特性。这种效应的一个令人惊讶的结果是，反射场的笛卡尔分量在布鲁斯特角处获得局部相位奇点。我们的观测结果对于偏振显微镜至关重要，并为基于自旋-轨道耦合产生奇异光态开辟了新的途径，而无需复杂的光学元件。
2019-01-14 physics.optics
Classical analogy of a cat state using vortex light
猫态是宏观上可区分的态叠加的系统;这种叠加可以是经典的或量子的不同态，不管涉及的粒子或模式的数量如何。在这里，我们构建了一个实验模型，通过工程设计光的经典轨道角动量来模拟光学猫态，在这里称为模拟猫态（a-CS）。在我们的方案中，a-CS在位置空间中的行为表现出与相空间中的量子光学猫态的许多相似之处，例如，运动，旋转和干涉。在实验上，具有两个空间局域高斯强度瓣的a-CS可以通过工程化获得的相位全息图从“小猫”进化为“猫”。此外，我们还模拟了大气湍流对a-CS的“退相干”效应的影响。a-CS为可视化和研究量子猫态在相空间中的行为提供了可靠的工具。
2019-07-02 physics.optics quant-ph
Gaussian laser beam transformation into an optical vortex beam by helical lens
本文研究了一种混合光学元件的菲涅耳衍射特性，这种混合光学元件是由一个带拓扑电荷p的螺旋相位板（SPP）和一个焦距为f的薄透镜（HL）组合而成的。当入射时，处理高斯激光束，使其束腰与HL平面相距一定距离，并且其轴穿过HL的中心。结果表明，SPP引入了p阶相位奇异性，而透镜改变了光束的特征参数。详细分析了输出光束的特征参数和聚焦特性、振幅和强度分布以及在HL平面后任意z距离处以及近场和远场的涡环轮廓和半径。
2015-03-09 physics.optics
Ring Pearcey vortex beam dynamics through atmospheric turbulence
本文数值研究了Ring Pearcey涡旋光束在湍流大气中的传播特性，发现其在强湍流和特定参数下比Ring Airy涡旋光束具有更优的孔径平均闪烁指数和光束漂移表现。
2023-08-02 physics.optics
Method to measure off-axis displacements based on the analysis of the intensity distribution of a vortex beam
研究了高斯光束通过螺旋相位板产生的夫琅禾费衍射图样的特性。我们通过解析和数值计算表明，输入光束的离轴位移会产生不对称的衍射图案。沿最大不对称性方向的强度分布显示出两个不同的峰。我们发现，这两个峰值之间的强度比呈指数下降与入射光束的离轴位移，衰减是陡峭的螺旋相位板的光学奇异性的强度越高。我们分析了如何使用这种强度比来测量输入光束的小失调，具有非常高的精度。
2009-02-27 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
Fresnel and Fraunhofer diffraction of a laser Gaussian beam by fork-shaped gratings
推导了高斯光束经菲涅耳衍射后，从束腰外入射到电荷为任意整数p的叉形光栅上的涡旋光束和经叉形光栅夫琅禾费衍射后的涡旋光斑的表达式。定义了光栅的通用透射函数，并将其专门用于振幅全息图、二元振幅光栅及其相位版本的情况。光学涡旋光束，或带有电荷mp和-mp的相位奇异性载体，是较高的负和正衍射级光束。其振幅的径向部分可用mp阶Gauss-doughnut函数与一个Kummer函数的乘积或一阶Gauss-doughnut函数与两个阶数与奇异电荷值不匹配的修正Bessel函数的差来描述。本文讨论了会聚透镜焦平面内近场和远场的振幅和光强分布，以及当光栅电荷p=0，即光栅由分叉变为直线时，结果的特殊性。文中还讨论了涡半径的解析表达式。
2008-06-26 physics.class-ph physics.optics
Chiral-reversing vortex radiation from a single emitter by eigenstates phase locking
发射体的辐射不仅取决于其固有特性，还取决于周围的光子环境，这一概念在激光、量子光学和其他光-物质相互作用相关领域的发展中至关重要。然而，在传统知识中，发射器辐射到弱耦合区域中的光子本征态中，并且不改变后者的性质。在这里，我们报告了一个违反直觉的现象，在宇称-时间对称环形谐振器中的偶极子的辐射场显示相反的手性系统的本征态。这种手征反转辐射发生在底层非厄米系统的例外点处，其中在例外点处的奇点在与偶极发射体相互作用时迫使合并的本征态锁相。这种有趣的现象已被用来从单个量子点嵌入等离子体纳米腔中构建具有可控拓扑电荷的涡旋辐射，其Purcell增强因子高达1000。我们的方案丰富了量子区域中异常点的有趣物理，并可能为手征量子光学和纳米涡旋激光器打开一个新的范例。
2018-03-31 physics.optics
High-Multipole Excitations of Hydrogen-Like Atoms by Twisted Photons near Phase Singularity
本文计算了类氢原子受扭曲光子态和角动量在传播方向上投影超过$\hbar$的光子态激发的跃迁振幅和跃迁截面。如果目标原子位于涡旋中心的相位奇点附近的原子尺寸量级的距离处，则到具有轨道角动量$l_f>1$的状态的跃迁速率变得与电偶极跃迁的速率相当。结果表明，当跃迁率归一化为局域光子通量时，所得到的$l_f>1$散射截面在光涡旋中心附近是奇异的。讨论了与Berry和Dennis提出的“量子核”概念的关系。
2016-04-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
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
Birth and evolution of an optical vortex
当一个相位奇点突然印在普通高斯光束的轴上时，光学涡旋出现并开始径向增长，通过衍射效应。这种径向增长和随后的光学涡旋在聚焦或成像下的演化可以在最近引入的圆光束理论中得到很好的描述，该理论推广了超几何高斯光束，并遵循新型的ABCD规则。在这里，我们实验研究这些涡旋传播现象和测试的有效性，圆形光束理论。此外，我们分析了新产生的光学涡旋和在像平面中获得的涡旋之间的径向结构的差异，其中完美的成像将导致涡旋核的完全闭合。
2017-02-10 physics.optics quant-ph
High-angle diffraction of a Gaussian beam by the grating with embedded phase singularity
对高斯光束经沟槽分叉光栅衍射产生的涡旋光束的空间特性进行了理论和数值分析。与以前的工作相比，不再需要小角衍射条件，衍射光束可以强烈变形。这导致强度轮廓旋转和高阶OV分解成一组次级单电荷OV。定量地研究了这些效应，并与拉盖尔-高斯光束经过柱面伸缩变换后的类似特性进行了比较。与后一种情况相反，次级OV不在射束截面内的单个直线上，并且由相同射束承载的各个次级OV的形态参数通常是不同的。规定了次级OV相对于束横向尺寸的最大相对分离的条件。所得结果可用于实际产生具有预定特性的OV光束和OV阵列。
2009-07-15 physics.optics
Rows of optical vortices from elliptically perturbing a high-order beam
在高阶光束的光轴上存在一个具有高拓扑强度的光学涡旋（相位奇点）。椭圆扰动下的分裂成一个直排的单位强度的涡涡描述。研究了螺旋状Ince-Gauss光束和拉盖尔-高斯光束的微扰，即广义厄米-拉盖尔-高斯光束。这些光束的近似推导出小扰动，其中的轴的邻域可以近似由多项式在复平面：切比雪夫多项式的因斯-高斯光束，和厄米多项式的双折射光束。
2006-02-09 physics.optics
Generation of Orbital Angular Momentum by a Point Defect in Photonic Crystals
轨道角动量作为电磁波的一个有吸引力的自由度，可以为经典和量子通信提供无限的通信信道。对OAM生成的探索激发了各种设计，包括螺旋相位板、天线阵列、超表面和计算机生成的全息图。在这项工作中，我们从理论和实验上证明了一种方法来产生OAM携带电磁波的三维（3D）光子晶体（PC）中的点缺陷。同时激发两个振动缺陷状态与精心设计的相位延迟产生一个旋转状态携带OAM。通过将线缺陷中的导波转换为点缺陷中的局域波，然后转换为自由空间中的辐射涡旋波，成功地实现了OAM索引1、-1、2和-2。这项工作提供了一个物理机制，以产生OAM的PC，特别是当OAM生成是与其他设计集成。
2018-08-20 physics.optics
Phase-probability shaping for speckle-free holographic lithography
光学全息术自1948年发明以来得到了迅速的发展，但由于难以消除不规则复场叠加中的本征涨落，使得伴随的强度随机分布的散斑至今仍难以消除。尽管空间，时间和光谱平均的散斑减少，这是极具挑战性的重建高均匀性，边缘清晰和形状无限的图像通过全息。在这里，我们预测，全息散斑可以通过缩小编码相位的概率密度分布，使光学叠加均匀化。在这种物理洞察力的指导下，开发了一种机器学习辅助的概率成形（MAPS）方法来抑制计算机生成全息图（CGH）中的强度波动，从而使实验重建具有超低散斑对比度（C=0.08）和创纪录的高边缘锐度（~1000 mm-1）的不规则图像。它打破了展示高端CGH光刻的最终障碍，从而使我们能够成功地图案化任意形状和边缘尖锐的结构，如涡旋光栅和二维随机条形码。
2022-11-18 physics.optics
High-Order Harmonic Generation Driven by Perfect Optical Vortex Beams: Exploring the Orbital Angular Momentum Upscaling Law
本文研究完美光学涡旋光束驱动气相高次谐波产生，验证了谐波发散角相似性和拓扑荷升阶规律，证明其在需要大拓扑荷小核心尺寸时优于拉盖尔-高斯光束，为产生明亮结构化极紫外相干辐射源提供新途径。
2024-09-29 physics.optics
Robust Orbital Angular Momentum Transfer Using Low-Cost Diffractive Optics
SECIHTI - Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.（光学研究中心）；Tecnologico de Monterrey（蒙特雷理工学院）；Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de San Luis Potosí（圣路易斯波托西自治大学工程学院）；Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.（光学研究中心）
该研究利用印刷在醋酸基底上的低成本静态二元全息图，实现了光镊中稳健的轨道角动量传递，构建了适用于多领域的结构化光操控平台。
2026-08-20 physics.optics
On the Burgers vector of a wave dislocation
根据Nye和Berry对晶体位错的类比，提出了一种计算波位错（相位奇异性、光学涡旋）的Burgers矢量的方法。它被定义为一个正则化的相位梯度在相位奇异性的评估，并明确计算。该矢量的螺旋分量自然地与沿涡线的波前的螺旋扭曲有关，并且与相位梯度的螺旋度有关。边缘分量与附近的垂直于涡流的电流（由相位梯度定义）有关，并且对于随机二维单色波，数值上发现该分量的分布。
2009-05-01 math-ph math.MP 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
Kelvin-Wave-Inspired Optical Vortex Excitation in Kerr Nonlinear Media
本文建立散焦Kerr介质非线性光场与弱相互作用Bose-Einstein凝聚体波函数的对应关系，预言光学涡旋相位奇点核心上类比Kelvin波的螺旋形变激发及其两支色散结构，并给出实验产生方案。
2025-05-11 cond-mat.quant-gas physics.optics
Deep Learning Driven Enhancement of Optical Vortex Line Robustness in Atmospheric Turbulence
针对大气湍流中光学涡旋拓扑不变量观测值恶化问题，提出基于三维奇异线形状几何稳定性的方法，设计Flower Beams新型结构光场并结合深度学习分类，在弱湍流分类准确率超90%，优于拓扑和光谱方法，为湍流鲁棒应用提供新方案。
2025-11-11 physics.comp-ph physics.optics
Terahertz vortex wave generation in air plasma by two-color femtosecond laser pulses
研究了基波和二次谐波激光脉冲在空气等离子体中产生相位奇异的宽带太赫兹脉冲。我们发现，当第二谐波光束携带涡旋电荷时，太赫兹光束也获得涡旋结构。这种太赫兹涡旋的一般特征是强度沿着方位角调制，这可以归因于两个泵浦谐波之间的空间变化的相对相位差。完全空间和时间分辨的数值模拟表明，泵的横向不稳定性进一步影响沿非线性传播的发射太赫兹场，这产生额外的奇异性，从而导致丰富的涡旋结构。预测的强度调制实验证明与热摄像机，在良好的协议与模拟结果。利用柱面镜对光束进行光学变换，揭示了实验中存在的相位奇异性。
2019-06-14 physics.optics physics.plasm-ph
Controllable chiral light generation and vortex field investigation using plasmonic holes revealed by cathodoluminescence
本文提出利用电子束激发金属薄膜孔洞产生可控圆偏振光，并通过阴极发光映射验证，进而实现涡旋场的可视化。
2023-12-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Phase gradient protection of stored spatially multimode perfect optical vortex beams in a diffused rubidium vapor
在热汽泡中，利用电磁感应透明（EIT）技术对完美光涡旋（EIT）和空间多模完美光涡旋（MPOV）光束进行了光存储实验研究。特别是，我们研究的作用，相位梯度和相位奇点在减少模糊的检索图像由于原子扩散。列举了三种表现来说明这种效果。首先，环宽度展宽的抑制是更突出的具有较大的轨道角动量（OAM）的POV。第二，反演的双环MPOV光束轮廓呈现出规则的暗奇异性分布，这与它们的涡旋电荷差有关。第三，通过设计具有相同OAM数但相邻环之间的$π$偏移相位的多环MPOV之间的线相位奇异性，显著提高了三环MPOV的存储性能。我们对MPOV存储的实验演示为通过空间复用增加量子存储器中的数据容量以及复杂光学涡旋阵列的生成和操纵提供了新的机会。
2021-09-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
