Topological Polarization Singularities in Metaphotonics
矢量电磁场的极化奇点位于极化椭圆性质不确定的位置（如点、线、面）。它们分别表现为圆偏振和线偏振，其偏振椭圆的半长轴和法向矢量变得不确定。19世纪30年代首次在圆锥衍射中观察到偏振奇异性，波动光学的许多先驱者系统地重塑和深化了偏振奇异性。连同其他奇异现象，如非厄米性和拓扑结构，偏振奇点已被引入到纳米光子学的充满活力的领域，呈现前所未有的灵活性，在纳米尺度上的光-物质相互作用的操纵。在这里，我们回顾了最近的结果的产生和观察的偏振奇异性的超光子学。我们首先讨论的极化奇异性的米氏理论，在电和磁多极的局部和全局极化性质的角度进行了探讨。然后，我们继续讨论各种光子晶体结构，近场和远场模式表现出不同的偏振奇异性，其特征在于整数庞加莱或更一般的半整数霍普夫指数（拓扑电荷）。接下来，我们回顾了标量波动光学中从偏振到相位奇点转换的最新研究，演示了如何利用连续谱中的束缚态直接产生各种电荷的光学涡旋。在我们的论文中，我们讨论并强调了几个基本概念，并展示了它们与元光子学的密切联系和特殊联系。我们相信偏振奇异性可以为光物质操纵的基础研究和实际应用提供新的视角。
2020-12-09 physics.optics
Knotted Topological Phase Singularities of Electromagnetic Field
本文对电磁场拓扑相位奇异性理论中的纽结体（RS涡旋）进行了详细的研究。利用段教授提出的$ϕ$ -映射拓扑流理论，我们改写了RS涡的拓扑流形式，并利用这种拓扑流揭示了RS涡的Hopf不变量就是打结RS涡的连接数与自连接数之和.此外，还讨论了扭结RS涡分裂、合并和相交过程中的Hopf不变量的守恒性。
2007-12-28 physics.class-ph physics.optics
Topological Singularities in Metasurface Scattering Matrices: From Nodal Lines to Exceptional Lines
本文提出在开放二维周期光子系统的散射矩阵中识别拓扑奇点，证明镜面对称与材料损耗可使节线转化为奇异线，并通过反射式非局域超表面数值和实验验证。
2024-11-07 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
Topological links and knots of speckled light mediated by coherence singularities
本研究理论构建并实验演示了非相干光中由相干奇点介导的拓扑链接与纽结，利用非相干模式分解方案从涨落散斑中揭示了鲁棒的拓扑结构，为高维光信息编码与光通信等应用开辟了新途径。
2025-04-07 cond-mat.stat-mech physics.optics
Topological phase singularities in light reflection from non-Hermitian uniaxial media
该研究理论分析吸收性单轴电介质中 p 偏振光完美透射伴随的反射相位奇点，推导解析判据并揭示其拓扑荷及参数动力学。
2023-12-06 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
Mapping and manipulation of topological singularities: from photonic graphene to T-graphene
动量空间中的拓扑奇异性不仅能产生一些有趣的基本现象，还能产生一些特殊的物质性质，在过去的十年里引起了人们极大的兴趣。最近，我们已经证明了普遍的动量到实空间映射的TS和赝自旋角动量转换使用光子蜂窝（类石墨烯）和Lieb晶格。这种映射产生于环绕狄拉克或类狄拉克锥的Berry相，因此是拓扑起源。在本文中，我们简要介绍了以前的观察拓扑电荷转换，然后我们提出了我们的第一个理论分析和实验证明TS映射在一个新的T-石墨烯晶格。与其他晶格不同，在T-石墨烯的第一布里渊区中存在两个共存但不同的TS，它们位于不同的高对称点，这使得在同一晶格中能够进行受控的拓扑电荷转换。我们展示了TS映射的主动操纵，将两个TS变成不同螺旋度的涡旋，或者一个变成高阶涡旋，而另一个变成四极。这种TS操纵和赝自旋-轨道转换可以在光通信和量子信息中找到应用，并且可以在2D光子平台之外对具有多个TS的其他Dirac-like结构的研究进行深入了解。
2022-12-23 physics.optics
Topological classification for intersection singularities of exceptional surfaces in pseudo-Hermitian systems
例外点在非厄米特系统的拓扑结构中起着关键的作用，在例外点的分类和相关现象的研究方面已经取得了重要的进展。例外曲面是参数空间中具有例外退化的超曲面，它可以支持超曲面的奇异性，如尖点、交点和燕尾灾变。在这里，我们拓扑分类的交叉奇异性的例外曲面的一般伪厄米系统的宇称时间对称。通过构造本征态等价关系下的商空间，我们揭示了这种无隙结构的拓扑可以用三个生成元上的非阿贝尔自由群来描述。重要的是，该分类预测了一种新的非厄米无隙拓扑相位，并可以系统地解释如何在保持对称性的情况下，在扰动下，例外曲面及其交点的演化。我们的工作为设计具有强大拓扑相位的系统开辟了一条新途径，并为传感和激光等应用提供了灵感，这些应用可以利用特殊表面和交叉点固有的特殊性质。
2022-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topological photonics in nanoscaled systems with far field radiation and polarization singularities
Aalto University School of Science（阿尔托大学理学院）；Università di Pisa（比萨大学）
本文探讨了纳米尺度拓扑光子学中远场辐射与偏振奇点对拓扑不变量的影响，提出需扩展标准拓扑能带理论以纳入非局域性、强场约束等纳米光子学内禀效应，并展望了未来研究方向。
2026-10-15 cond-mat.mes-hall 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
Topological polarization singularities induced by the non-Hermitian Dirac points
本文提出位于复本征频率平面的新型非厄米狄拉克点，在差分损耗下同时分裂为相反手性的例外点与圆偏振态，通过打破镜像对称性实现偏振奇点合并与单向导引共振，揭示了能带与偏振奇点关系及单向发射新机制。
2024-04-26 physics.optics
Spatial bunching of same-charge polarization singularities in two-dimensional random vector waves
拓扑奇点在物理学的许多领域都是普遍存在的。偏振奇点是光的偏振椭圆的一个方面变得不确定或退化的位置。在C点处，椭圆的方向变得退化，并且光的电场矢量在时间上描述了一个完美的圆。在3D随机场的2D切片中，C点在空间中的分布使人想起相互作用粒子的分布。通过近场实验，我们发现，当光变成真正的2D时，这对空间中C点的分布有严重的影响。最显著的变化是，在一个消失的距离找到两个C点具有相同的拓扑电荷的概率提高了在一个2D领域。这是一个不寻常的发现，任何系统，表现出拓扑奇异性的同电荷排斥通常观察。我们所有的实验结果都得到了理论的支持，理论和实验之间有很好的一致性。
2018-07-03 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
Multiple topological transitions and spectral singularities in non-Hermitian Floquet systems
Ocean University of China（中国海洋大学）；Sun Yat-Sen University (Zhuhai Campus)（中山大学（珠海校区））；National University of Singapore（新加坡国立大学）
研究揭示非厄米特福克系统中通过增益与损耗可诱导多重拓扑转变及谱奇点，发现异常拓扑绝缘体携带混合皮肤-拓扑边界模，并通过耦合环谐振器研究传输特性检测拓扑相变。
2024-07-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph 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
Exploring Spectral Singularities in Dirac Semimetals: The Role of Non-Hermitian Physics and Dichroism
National Intelligence Academy, Institute of Engineering and Science（国家情报学院，工程与科学学院）；Department of Physics, Istanbul University（伊斯坦布尔大学物理系）；Department of Physics, Gebze Technical University（盖布泽理工大学物理系）
本研究利用散射技术通过谱奇点探索狄拉克半金属的新特性，发现二向色性狄拉克半金属可产生12种独特拓扑激光类型，并揭示了θ项在拓扑性质中的明确作用。
2026-03-24 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Origin of third order exceptional singularities and its signature in successive state conversion
本文报道了一个三态扰动开放系统，其哈密顿量随拓扑参数的变化而准静态变化。有效系统有两个二阶例外点（EP2）。在这里，一个三阶例外点（EP3）的同时包围两个EP2的拓扑参数的绝热变化进行了探讨。我们研究了EP3周围的鲁棒连续状态交换。应用绝热定理，我们估计了在包围过程中各态累积的总相位的演化，有趣的是，耦合态对的公共态获得了3倍2π的相移.这种独家报道的计划可以利用在潜在的应用程序中的例外点，操纵更少的拓扑参数在各种非厄米特系统。
2018-09-18 physics.optics
Thermodynamic Paradox and Non-Hermitian Topological Singularities
针对磁偏置电磁系统单向模式相关的热力学悖论，研究发现仅材料耗散无法正则化非互易腔本征模奇异行为，非局域效应可解决该悖论，还揭示非局域性、拓扑与热力学一致性的根本联系。
2025-11-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Universal momentum-to-real-space mapping of topological singularities
近年来，材料的拓扑性质，如量子霍尔效应和拓扑绝缘体等，引起了广泛的跨学科研究兴趣。例如，拓扑边缘状态已经在包括电磁波在内的多功能系统中实现。通常，拓扑性质是在动量空间中揭示的，使用的概念，如陈数和贝瑞相位。在这里，我们证明了一个普遍的映射的拓扑结构的Dirac锥从动量空间到真正的空间。我们通过用拓扑电荷l的涡旋光束激发光子蜂窝（pseudospin-1/2）和Lieb（pseudospin-1）晶格中的锥来证明映射，对于所选的pseudospin状态s，最佳地对准，导致直接观察拓扑电荷转换，遵循l到l+2s的规则。映射理论上占所有初始激发条件与赝自旋轨道相互作用和非平凡的Berry阶段。令人惊讶的是，这样的映射甚至存在于变形的晶格中，其中总角动量不守恒，揭示了它的拓扑起源。映射的普适性超出了光子平台和2D晶格：3D Dirac-Weyl合成磁单极子发生等效拓扑转换，这可以在超冷原子气体中实现，并负责电子束穿过磁场时产生涡旋的机制。
2019-08-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Screening and fluctuation of the topological charge in random wave fields
涡旋、相位奇点和任何类型的拓扑缺陷往往反映了对理解这些实体所处的物理系统至关重要的信息。通过数值计算支持的近场实验，我们确定了各向同性随机波中相位奇点的拓扑荷随观测窗口大小R的波动。我们表明，对于二维领域的波动增加与超线性标度律，符合R log R行为。此外，我们表明，这种缩放仍然有效的各向异性的存在。
2018-07-03 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
Dual-polarization huge photonic spin Hall shift and deep-subwavelength sensing based on topological singularities in one-dimensional photonic crystals
本文揭示一维光子晶体深亚波长区域中有效介质理论因拓扑奇点而失效，发现拓扑奇点附近可实现s/p双偏振巨光子自旋霍尔位移，并据此提出深亚波长双偏振传感及多通道宽带自旋光学器件设计方法。
2024-02-20 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
Two Classes of Singularities and Novel Topology in a Specially Designed Synthetic Photonic Crystals
Zak相位和拓扑保护边缘态是一维空间反演对称光子系统中的重要研究对象。有趣的是，在这项工作中，我们发现特定类别的一维结构没有SIS可以映射到系统与SIS，也表现出新的拓扑结构，这表现为相切割线（PCL）在我们专门设计的合成光子晶体（SPC）。通过对SIS中定义的Zak相位进行重新定义，扩展了Zak相位来描述PCL的拓扑结构，并且在没有SIS的一维结构中实现了拓扑保护的边状态。在我们的光子晶体中，给出了二维Chern数与一维光子晶体的扩展Zak相位之间的关系，它们受第一类奇点的约束。利用合成维数的概念实现了更高的陈数和多手征边缘态。在此基础上，我们发现每个光子晶体的带边起着类似于谷赝自旋的作用，我们的光子晶体实际上是一种新型的谷型光子晶体，通常是在石墨烯蜂窝晶格中研究的.手性谷边输运也被证明。在高维空间中，第一类奇点在扩展参数空间中的移动将导致我们在以前的工作中提出的Weyl点拓扑转换。在本文中，我们发现了第二种类型的奇点，表现为一个奇异的表面在我们的扩展参数空间。奇异曲面的移动将导致节点线拓扑的转变。令人惊讶的是，我们发现奇异曲面上的状态对某些随机性具有极高的鲁棒性，基于此构造了一个拓扑滤波器。
2018-11-06 physics.optics
Topological photonics by breaking the degeneracy of line node singularities in semimetal-like photonic crystals
简并是各种物理系统中普遍存在的现象，其根源在于几何对称性的保持。在电子和光子晶体系统中，这种简并性通常可以通过相同能量的光子模式之间的强相互作用来打破，其中模式之间的能级排斥和杂化导致光子带隙的出现。然而，大多数情况下，这种现象不会导致在整个布里渊区上形成完整的和反向的带隙。在这里，通过系统地破坏二维正方形光子晶体的对称性，我们研究了狄拉克点，线节点奇异性和反向带隙的形成。这种完全带隙的形成是由于沿半金属类光子晶体的线节点的简并模式之间的能级排斥，在整个布里渊区。我们的数值实验是由一个自制的基于多重网格有限元方法的数值框架。开发的数值工具箱和我们的观察铺平了道路，设计完整的带隙光子晶体和探索对称性的作用，甚至更复杂的订单在光子晶体系统的光学行为。
2022-09-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Evolution and global charge conservation for polarization singularities emerging from nonhermitian degeneracies
奇异光学的核心概念，特别是偏振奇异性，已经迅速渗透到拓扑和非厄米光子学的蓬勃发展领域。特别是对于具有简并性的开放光子结构，偏振奇异性将不可避免地遇到另一个广泛的Berry相位概念。一些研究以不明确的方式讨论了这两个概念之间的联系，暗示当简并被封闭时，环上远场极化的非零拓扑电荷与其非平凡的Berry相位密不可分。在这项工作中，我们重新审视了种子光子晶体板，支持基本的两个层次的非厄米简并。无论非平凡的Berry相位的不变性不同的循环包围两个例外点，我们证明了相关的极化场表现出拓扑不等价的图案，其特征在于由变量拓扑电荷，甚至包括平凡的零电荷的情况。进一步揭示了这两个波段的极化演化都受全局电荷守恒的约束，而圆极化的额外点起着不可或缺的作用。这表明，虽然不直接与任何局部电荷相关联，但不变的Berry相位直接与全局守恒电荷相关联，其物理原理已通过修改的Berry-Dennis模型得到进一步阐明。我们的工作可能会引发大量研究，以探索Berry相位和各种光学奇点之间的微妙相互作用，为与Berry相位和奇点相关的光子学之外的主题提供新的见解。
2020-06-15 physics.optics
