Human psychophysical discrimination of spatially dependant Pancharatnam-Berry phases in optical spin-orbit states
我们测试了人类观察者的能力，以区分不同的配置文件的空间相关的几何相位时，直接观看固定的结构光束。与会者观看了偏振耦合轨道角动量（OAM）状态，或"自旋轨道“状态，其中OAM是通过Pancharatnam-Berry阶段诱导的。在这些光束中，偏振和OAM之间的耦合表现为空间相关的偏振。均匀极化的区域被认为是专门定向的海丁格刷，研究参与者根据这些刷的空间方向的旋转对称性区分两个自旋轨道状态。参与者使用自发的眼球运动来防止对视觉刺激的适应。经过初步训练，参与者能够正确区分两种自旋轨道状态，由OAM $=\pm1$区分，平均成功概率为$69\%$（$S.D. = 22\%$，$p = 0.013$）。这些结果支持了我们之前的观察，即人类观察者可以直接感知自旋轨道状态，并将这一发现扩展到非旋转光束，通过Pancharatnam-Berry相位诱导的OAM模式，以及OAM区分的状态。
2020-10-19 physics.optics
Pancharatnam Berry Phase as the Origin of Vector Nature Observed in Hermite Gaussian Superposition States
Graduate School of Engineering, Chiba University（千叶大学研究生院）；Molecular Chirality Research Centre, Chiba University（千叶大学分子手性研究中心）；Institute for Advanced Academic Research, Chiba University（千叶大学高级学术研究院）
Hermite高斯叠加态中向量性质的起源源于径向不均匀强度分布和偏振依赖的Pancharatnam Berry相位。
2026-03-03 physics.optics
Waveguiding driven by the Pancharatnam-Berry phase
我们理论和数值研究的基础上的Pancharatnam-Berry相位，通过纵向周期旋转的光轴在横向扭曲的双折射介质的波导的属性。在本文中，我们研究的情况下，选择的纵向调制的周期，使净积累的几何相位在传播中发生。首先，解决了不同的贡献之间的相互作用的光学潜力。其次，在数值模拟中观察到准模的偏振结构的连续演化。我们解释它的平面波为基础的模型和规范变换的组合。我们发现，除了纵向振荡，准模式的偏振也通过其横截面变化。概述了带电粒子在磁场中运动的类比。
2022-09-05 physics.optics
On-demand longitudinal transformations of light beams via an amplitude-phase-decoupled Pancharatnam-Berry phase element
本文提出棋盘编码的Pancharatnam-Berry相位元件，实现振幅与相位同时调制，并结合液晶q板和波片首次实现传播变换光学斯格明子及多种光束的按需纵向变换。
2025-05-09 physics.optics
Light propagation through a coiled optical fiber and Pancharatnam phase
澄清了干涉仪的一个或两个光束中存在偏振变化元件所引起的干涉图样变化的性质，特别是由于偏振光束通过盘绕光纤而引起的有效光学活性所引起的干涉图样变化的性质。它指出，对于一个入射状态，这是不是圆偏振，使两个干涉光束去不同的偏振态，有一个可观察到的非零Pancharatnam相移它们之间的依赖于入射偏振态和立体角对着的轨道的$\vec{k}$ -矢量在球的中心的k-矢量。当两个干涉态几乎正交时，这种相移的行为是奇异的。结果表明，当两束光的光程差为零时，光强调制幅度与入射光的偏振态无关。
2007-05-31 physics.gen-ph physics.optics
Geometric phase from Aharonov-Bohm to Pancharatnam-Berry and beyond
每当一个量子系统经历一个由参数缓慢变化所控制的循环时，它就获得了一个相位因子：几何相位。其最常见的公式被称为Aharonov-Bohm，Pancharatnam和Berry阶段，但之前和之后的表现都存在。虽然传统上被认为是量子力学的基础，几何相位已经被推广，并在许多领域变得越来越有影响力，从凝聚态物理和光学到高能和粒子物理，从流体力学到引力和宇宙学。有趣的是，几何相位也为量子信息和计算提供了独特的机会。在这篇评论中，我们首先介绍Aharonov-Bohm效应作为一个重要的实现几何相位。然后，我们详细讨论了更广泛的含义，后果和实现的几何相位强调最重要的数学方法和实验技术中使用的几何相位的研究，特别是那些有关最近的作品在光学和凝聚态物理。
2019-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
Total angular momentum sorting in the telecom infrared with silicon Pancharatnam-Berry transformation optics
轨道角动量（OAM）和偏振的并行排序最近在从电信到高维量子密码学的广泛领域中获得了极大的重要性和兴趣。由于其固有的偏振敏感的光学响应，作用于几何相位的光学元件被证明对于借助于单个光学平台处理具有正交偏振状态的结构化光束是有用的。在这项工作中，我们提出了设计，制造和测试的Pancharatnam-Berry光学元件在硅实现对数极化光学变换在1310 nm的OAM分选机的实现角动量和线性动量状态之间的保角映射的基础上。超颖表面以连续变化的亚波长光栅的形式实现，从而在相位图案的定义中提供高分辨率。一个混合装置被制造组装的超表面的几何相位控制与多级衍射光学的偏振无关的操纵的动态相位。光学表征证实了同时分选轨道角动量和圆偏振的能力。
2019-02-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Gradient Nonlinear Pancharatnam-Berry Metasurfaces
我们将Pancharatnam-Berry相位方法应用于由高度非线性多量子阱衬底加载的等离子体超颖表面，建立了一个基于巨局域非线性效应的随意控制非线性波前的平台。我们应用这种方法来设计平面非线性超颖表面的有效的二次谐波辐射，包括光束转向，聚焦和偏振操纵。我们的研究结果为非线性光学开辟了一个新的方向，其中相位匹配问题被放松，并且在具有巨大非线性响应的薄器件上实现了前所未有的局部波前控制水平。
2015-10-25 physics.optics
Breaking of reciprocity and the Pancharatnam-Berry phase for light scattered by a disordered cold atom cloud
本文利用偏振操控元件的非对易性，在无序冷原子云散射光中实现互易性破缺，通过条纹对比度降低和位移观测Pancharatnam-Berry相位，为操控无序介质散射光的路径干涉奠定基础。
2024-01-11 physics.optics quant-ph
Flat polarization-controlled cylindrical lens based on the Pancharatnam-Berry geometric phase
普通折射透镜的工作原理可以用它们引入的空变光学相位延迟来解释，这些相位延迟重塑光学波前曲率，从而影响随后的光传播。这些相位又是由于光在相对于透镜中心的不同横向位置处看到的变化的光程长度。然而，当通过完全不同的机制引入光学相位时，可以获得类似的透镜行为。在这里，我们考虑的“几何相位”所产生的偏振变换发生在各向异性光学介质，命名后Pancharatnam和Berry。介质各向异性轴在横向平面中是空间变化的，并且由此产生的变化的几何相位引起波前整形和透镜效应，然而这也取决于输入偏振。我们描述了圆柱形几何相位透镜的实现和表征，该透镜对于给定的输入圆偏振态是会聚的，并且对于正交的圆偏振态是发散的，这提供了基于几何相位的光学元件的最简单的可能的例子之一。所展示的透镜是平的，只有几微米厚（不包括支撑衬底）;此外，它的工作波长可以调谐，透镜可以通过外部控制电场的作用打开和关闭。通过类似的方法可以获得引起不同波前畸变的其他种类的透镜或更一般的相位元件。除了它们的光电技术潜力，这些设备提供了很好的机会，介绍大学水平的学生现代物理学的一个先进的主题，如贝里阶段，与有趣的光学演示的帮助。
2017-03-03 physics.optics
Topological transitions of the generalized Pancharatnam-Berry phase
本文利用光学平台实验演示并研究了单量子比特广义测量所诱导的广义 Pancharatnam-Berry 几何相位随测量强度发生的拓扑转变，证明其对协议推广和部分缺陷具有鲁棒性。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Symmetry breaking of Pancharatnam-Berry phase using non-axisymmetric meta-atoms
超颖表面中的Pancharatnam-Berry（PB）相位服从对称性约束，根据对称性约束，两个正交圆偏振波的PB相位相同但符号相反。在这里，我们揭示了一个一般的机制，打破轴对称的亚原子，以打破PB相位对称性的限制。作为概念验证，我们设计了一种具有QR码结构的新型元原子，并成功地实现了圆偏振复用元表面全息。这项研究提供了一个从根本上新的理解PB阶段，并开辟了一条道路，任意波前工程使用非对称电磁结构。
2023-01-03 physics.optics
Active control of phase matching in nonlinear metasurfaces using Pancharatnam--Berry phase
Tampere University（坦佩雷大学）；University of Eastern Finland（芬兰东部大学）
通过利用非线性潘查拉坦-伯瑞相，研究非线性超材料的相匹配控制，实现900-970nm波长范围内二次谐波生成相匹配峰的连续调谐。
2026-05-12 physics.optics
Second-harmonic imaging of plasmonic Pancharatnam-Berry phase metasurfaces coupled to monolayers of WS2
频率转换的非线性过程，如二次谐波产生（SHG），通常遵循一定的选择规则，这是由于保持不同种类的物理量，例如，角动量对于由单层过渡金属二硫属化物（TMDC）如WS 2产生的SHG，谷激子锁定选择规则预测了交叉偏振态的SHG信号。通过将等离子体纳米结构与TMDC单层相结合，实现了由于额外的偏振转换过程而影响该非线性过程的混合超颖表面。在这里，我们观察到，等离子体超颖表面修改与TMDC的光-物质相互作用，导致相对于入射场共偏振的SHG信号，这通常是禁止的TMDC单层。我们通过将等离子体纳米棒放置在单层WS 2的顶部来制造这样的混合超颖表面，并研究了这种系统在不同参数（例如波长和偏振）下的谷激子锁定SHG发射。此外，我们显示了潜在的混合元表面定制的非线性过程中添加额外的相位信息的SHG信号使用Pancharatnam-Berry相位效应。这允许将SHG发射直接定制到远场。
2020-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Unitary and non-unitary operations on the Poincaré sphere and Pancharatnam-Berry phase with $\mathbf{Z}$ matrices
在偏振光学中，可以通过琼斯矩阵进行酉运算和非酉运算。$\mathbf{Z}$矩阵是琼斯矩阵的$4\times 4$类似物，并且非去偏振光学介质的穆勒矩阵可以写作$\mathbf{M}=\mathbf{Z}\mathbf{Z}^*$。Jones矩阵作用于两个分量的复Jones向量，而$\mathbf{Z}$矩阵作用于四个分量的实Stokes向量。偏振器和延迟器$\mathbf{Z}$矩阵可以根据庞加莱球上的位置矢量的分量以紧凑形式写出。本文证明了Pancharatnam-Berry几何相位可以通过酉和非酉$\mathbf{Z}$矩阵运算来证明。
2022-05-02 physics.optics
Analysis of the Pancharatnam-Berry phase of vector vortex states using the Hamiltonian based on the Maxwell-Schrödinger equation
从非均匀各向异性介质的Maxwell-薛定谔方程得到的“真”哈密顿量出发，导出了矢量涡旋态的Berry联系，并在实验上实现了相应的Pancharatnam-Berry（PB）几何相位的测量. VVS的PB相（PBP）可分为均相和非均相。均匀和非均匀的偏振带隙分别与传统的偏振带隙和由IA介质（如偏振转换器）给出的空间相关的几何相位有关。我们从理论上探测到非均匀PBP积累源于混合阶庞加莱球的规范依赖性，这为理解光学自旋-轨道角动量转换提供了另一种方法。首次明确观察到的均匀PBP对量子态操纵和信息处理具有重要意义。
2016-02-08 physics.optics
Design and experimental demonstration of impedance-matched circular polarization selective surfaces with spin-selective phase modulations
本文介绍了一种阻抗匹配的圆极化选择表面的设计和实验演示，它也提供了在微波频率的自旋选择性相位调制。我们实现这一点，利用理论的Pancharatnam-Berry相位和级联四张量阻抗层，每个包括一个阵列的交叉曲折线。这些曲折线被精确地调谐和旋转，以实现特定的张量表面阻抗值，以满足传输的右手圆极化场的阻抗匹配条件，同时诱导反射的左手圆极化场的Pancharatnam-Berry相移。我们提出了一个详细的数值合成技术，以获得满足阻抗匹配条件所需的阻抗值，并展示了自旋选择性相位调制的基础上Pancharatnam-Berry相移。为了验证所提出的想法，我们实验证明了近无反射传输的右旋圆极化在宽边和反射的左旋圆极化在30度关闭宽边在12 GHz。为此，分别采用自由空间准光学装置和近场测量系统来测量透射和反射圆偏振场。
2020-01-09 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear localization of light using the Pancharatnam-Berry phase
自1984年迈克尔·贝里爵士提出几何相位以来，几何相位在物理学中变得至关重要，其应用范围从固态物理到光学。在光学中，Pancharatnam-Berry相位允许通过局部控制其偏振来剪裁光束。在这里，我们讨论的光传播中存在的强度依赖的Pancharatnam-Berry相位的局部调制。波前的相应自调制抵消了由于衍射引起的自然扩展，即，自聚焦发生。没有折射率的变化与自聚焦：禁闭是唯一由于非线性自旋轨道相互作用。考虑到液晶中的重取向非线性，光通过依赖于光强的光矩能够旋转局部光轴，从理论和实验两方面研究了这一现象。我们的发现铺平了道路，一个新的家庭的非线性波具有强相互作用之间的自旋和轨道自由度的调查。
2018-11-05 physics.optics
Identifying orbital angular momentum of vectorial vortices with Pancharatnam phase and Stokes parameters
本文推导了一个确定矢量涡旋空间变偏振态轨道角动量的显式公式。与标量涡旋不同，矢量涡旋的OAM可以归结为两部分：Pancharatnam相的方位角梯度和SOP的取向角的方位角梯度与Poincaré球上相关立体角的乘积。利用该公式，可以在传统的庞加莱球框架下对光束的OAM进行几何描述。对两种矢量涡进行了数值模拟，验证了所提出的公式，并验证了OAM的几何描述。此外，这一发现将为矢量涡OAM荷的精确表征铺平道路。
2018-10-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Realization of Tunable Photonic Spin Hall Effect by Tailoring the Pancharatnam-Berry Phase
光子自旋霍尔效应（SHE）领域的最新发展为光学参数（折射率、厚度等）的有利测量提供了新的机会。纳米结构，并使自旋为基础的光子学应用在未来。然而，它仍然是一个挑战，以开发一个可调谐的光子SHE与任何所需的自旋相关的分裂的自旋极化光子的产生和操纵。在这里，我们实验证明了一个方案，实现光子SHE可调剪裁的空间变化的潘查拉特南-贝里相位（PBP）。结果表明，光束的偏振与可调的空间不均匀性可以有助于转向的空间变化的PBP创建一个自旋相关的几何相位梯度，从而可能实现可调的光子SHE与任何所需的自旋相关的分裂。我们的方案提供了一个方便的方法来操纵自旋光子。所得结果可以推广到具有类似拓扑起源的其它物理系统。
2014-06-29 physics.optics
Nano-fabrication and characterization of silicon meta-surfaces provided with Pancharatnam-Berry effect
在本文中，实施的光学元件的形式Pancharatnam-Berry光学被认为是。关于3D体光学和衍射光学，作用于光的动态相位，Pancharatnam-Berry光学元件通过局部操纵入射光束的偏振状态来传递本质上是几何的相位。它们可以被实现为空间变化的亚波长光栅，表现得像不均匀的形状双折射材料。我们提出了一个全面的工作的模拟，实现，和光学特性在电信波长为1310 nm的本构线性光栅单元，其制造已被微调，以获得π相位延迟，并获得最大的衍射效率。由于硅的透明性，红外区域中的光学设计允许使用硅作为候选材料。为了证明组装单个光栅单元以产生更复杂的相位图案的可能性，考虑了两个Pancharatnam-Berry光学元件的实现：闪耀光栅和光学涡旋解复用器。
2018-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Geometric phase for twisted light
即使在没有双折射的情况下，在螺旋光纤中传播的光的偏振矢量也围绕其传播轴旋转。这种旋转通常被解释为自旋为1的光子的Pancharatnam-Berry相位。在这里，我们使用纯粹的几何方法来理解这种旋转。我们发现，类似的几何旋转也存在扭曲光携带轨道角动量（OAM）。相应的几何相位可以应用于基于光子OAM态的量子计算和量子传感。
2023-02-14 physics.optics quant-ph
Engineering monstar polarization disclination through geometric phase
本文提出了一种利用两束自由暗空心光束$FFDH^{m}_{q}$的相干共线叠加，通过Pancharatnam-Berry相位产生Monstar奇点的方法，光束的拓扑荷为$q$，对称阶为$m$ .利用闭合曲线的几何参数产生FFDH光束，以获得局部偏振方位角的非均匀旋转速率并产生monstar图案。我们报告的空间变化的偏振模式：径向和方位角一样，柠檬和明星一样的对称向错，和非对称monstar向错。我们目前的理论和测量，并发现两者之间的良好协议。
2023-02-09 physics.optics
Optical spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous anisotropic media
实验证明了圆偏振光所携带的自旋角动量被转换成轨道角动量的光学过程，从而产生了波前螺旋度受输入偏振控制的螺旋模。这种现象需要光与光学不均匀和各向异性的物质相互作用。基本的物理学也与所谓的Pancharatnam-Berry几何相位有关，这些相位涉及光学偏振的任何非均匀变换。
2007-12-01 cond-mat.soft physics.optics quant-ph
Nonreciprocal Pancharatnam-Berry Metasurface for Unidirectional Wavefront Manipulation
提出利用 YIG 磁光效应与 PB 几何相位协同的亚波长非互易超表面，实现圆偏振光高隔离及单向光束偏转与聚焦。
2024-03-03 physics.app-ph physics.optics
Photon spin operator and Pauli matrix
平面波的任何偏振矢量都可以分解为一对相互正交的基矢量，称为偏振基。把这种分解看作是从三分量矢量到相应的二分量旋量的准幺正变换，得到了光子自旋的表示形式。定义在单位旋量空间（称为琼斯空间）上的自旋算子$\hat{\boldsymbol γ}$仅具有沿波矢量的分量，并且由常用极化基中的泡利矩阵之一表示。它是由自旋算符的准幺正变换变形的，自旋算符定义在单位极化矢量的空间上，称为潘查拉特南空间。在此基础上，证明了自旋算符$\hat{\boldsymbol γ}$的笛卡尔分量是相互交换的，并且以$\hbar$为单位的自旋角动量正好是Stokes矢量沿波矢的分量.
2010-11-16 physics.optics quant-ph
Measuring geometric phase without interferometry
提出了一种简单的非干涉测量结构高斯光束几何相位的方法。如果光束的一部分在初始平面被覆盖，则可以从模式变换后的强度分布确定Gouy和Pancharatnam-Berry相位。此外，这些变换后的所得强度分布的质心所描述的轨迹类似于射线光学，揭示了与几何相位变化相关的Eschlafest定理的光学模拟。
2018-05-25 physics.optics
Observation of geometric phase for unpolarized and partially polarized light fields
几何相位由于其拓扑性质和容错特性，在经典和量子领域的实际应用中起着重要的作用。对于经典系统，迄今为止仅对全偏振光观察和研究了几何相位。利用干涉实验，我们首次证明了覆盖庞加莱球内所有空空间的态即非偏振光场和部分偏振光场的Pancharatnam-Berry相位的存在性.所观察到的几何相位被发现与其完全极化的对应物完全相同，与理论预测非常吻合。
2020-07-16 physics.optics
Geometric Photonic Spin Hall Effect with Metapolarization
我们发展了一种几何光子自旋霍尔效应（PSHE），它表现为动量空间中自旋相关的位移。它起源于一个有效的空变Pancharatnam-Berry（PB）相位通过人工工程的入射光的偏振分布创建。与先前报道的涉及光-物质相互作用的PSHE不同，在几何PSHE中产生的自旋相关分裂纯粹是几何上依赖于光的偏振分布，光的偏振分布可以通过将其圆偏振基与适当的幅度和相位组合来定制。这种超极化思想使我们能够通过适当地剪裁光的偏振几何形状来操纵几何PSHE。我们的方案提供了极大的灵活性，在各种偏振几何的设计和偏振相关的应用，并可以外推到其他物理系统，如电子束或原子束，具有类似的自旋轨道耦合的基础。
2014-07-03 physics.optics
Generalised Geometric Phase
本文提出纯态的广义几何相位，通过可观测量矩阵元辐角定义广义相对相位并推广自然联络，揭示其在时间演化、能谱移动和前向散射中的物理表现。
2025-09-09 physics.optics quant-ph
Single-shot measurement of space varying polarization state of light through interferometric quantification of geometric phase
带有空间变化偏振态的光束在均匀各向异性介质中传播时产生空间变化的Pancharatnam-Berry几何相位。我们表明，这种空间变化的几何相位的确定提供了一种独特的方式来量化的空间变化的光的偏振态，使用单次拍摄干涉测量。我们证明了这一概念的马赫-曾德尔干涉安排使用线性偏振的参考光束，在空间变化的偏振状态的全部信息被成功地恢复通过量化的空间变化的几何相位和干涉的对比度。所提出的方法使单次测量的任何空间变化的偏振态的光从测量的干涉图案与偏振参考光束。这种方法显示了在各种应用中瞬时映射复杂空间变化的光的偏振的相当大的潜力，例如天文学、生物医学成像、纳米光子学等，其中需要空间偏振图案的高精度和接近实时的测量。
2019-10-29 physics.optics
Broadband Cross-Circular Polarization Carpet Cloaking based on a Phase Change Material Metasurface in the Mid-infrared Region
针对目前大多数隐身装置都集中于线偏振隐身，而对中红外隐身特性研究较少的现状，提出了一种中红外波段交叉圆偏振隐身地毯隐身装置。基于Pancharatnam Berry相位原理，精心设计了具有交叉圆极化梯度相位的单胞，并将其构造成一个超表面。为了实现可调谐交叉圆偏振地毯斗篷，在单元结构的设计中引入了相变材料。当相变材料处于非晶态和晶态时，所提出的超颖表面单元可以实现高效的交叉偏振转换，并且反射强度可以调节。根据地毯隐身的相位补偿原理，利用所设计的单元结构，构建了一种具有相位梯度的超表面隐身装置。从近场和远场的分布，交叉圆偏振隐身特性被证实在宽带波长范围内。提出的隐身装置可以有效地抵抗交叉圆偏振探测。
2022-03-04 physics.optics
Geometric Phase From Dielectric Matrix
将偏振光子看作球谐函数的二分量旋量，求出了各向异性光学介质的介电性质$(2\times2)$，并从两个方面计算了单偏振光子的几何相位。通过扭曲介质矩阵的相位二形式和Pancharatnam相位（GP）通过入射偏振光子在扩展庞加莱球上的封闭三角形路径上的角动量的变化。与手征光子的自旋角动量有关的螺旋度在发展这些相位完整性中起着关键作用。
2004-07-29 physics.gen-ph physics.optics
Geometric phases in 2D and 3D polarized fields: geometrical, dynamical, and topological aspects
几何相位是一个普遍的概念，它支持涉及多分量波场的许多现象。这些偏振相关的相位是固有的干涉效应，自旋轨道相互作用现象，和矢量波场的拓扑性质。几何相位在二分量场中已经得到了深入的研究，例如二能级量子系统或傍轴光波。然而，他们的描述领域的三个或更多的组件，如通用的非傍轴光学领域经常使用的现代纳米光学，构成了一个不平凡的问题。在这里，我们描述的几何，动力学，和总相位计算沿一个封闭的空间轮廓在多组分复杂的领域，特别强调2D（傍轴）和3D（非傍轴）的光场。我们提出了几种等价的方法：（i）代数形式，通用的任何多分量场;（ii）一个动力学方法，使用的旋转角动量和参考系旋转之间的科里奥利耦合;和（iii）几何表示，统一的Pancharatnam-Berry相位的庞加莱球上的二维极化和马约拉纳球表示的三维极化场。最重要的是，我们揭示了几何相位，场的角动量性质，以及在2D和3D场中的极化奇点的拓扑性质之间的密切联系，如C点和极化莫比乌斯带。
2019-08-23 physics.optics quant-ph
Visualized Geometric Phase of Caustic Geometric Beams
针对光的Pancharatnam-Berry几何相位检测需干涉或特殊截断的问题，提出一种无需干涉仪或光束截断的直接可视化方法，利用SU(2)结构光束中焦散轨迹波包的演化，实现几何相位与Gouy相位的可视化，为复杂光场几何相位研究及光学系统设计提供新途径。
2025-11-17 physics.optics
Wave description of geometric phase
自从潘查拉特南在1956年发现光学几何相位，以及贝瑞在1984年发现量子系统中的几何相位，研究者们几乎只专注于分析几何相位的代数方法，或是使用庞加莱球的球面三角学方法。前者的抽象数学和后者的抽象几何，模糊了产生几何相位的物理机制。我们表明，光学几何相位完全来自波的叠加和由此产生的波最大值的位置的移动。这种基于波的模型提供了一种可视化几何相位如何从波之间的关系以及从光学元件引起的变换中产生的方法。我们还推导出波本身的几何相位和干涉图所表现出的相位之间的关系，并提供了两者相互匹配的条件。
2022-11-13 physics.optics
The connection between polarization calculus and four-dimensional rotations
我们回顾了著名的偏振光学矩阵方法，即，Jones和Stokes-Mueller演算，并展示了它们如何可以用四个独立电磁场求积的四维（4d）旋转来表示。由于4D旋转是一个更丰富的描述比传统的琼斯和斯托克斯-穆勒演算，有六个而不是四个自由度（DOF），我们提出了这些演算的扩展来处理所有六个DOF。对于斯托克斯-穆勒分析，这导致了一种新颖的和潜在有用的扩展，该扩展解释了光场的绝对相位，并且在感兴趣的光相位的领域（例如干涉测量或相干通信）中可能是有价值的。作为有用的例子，我们使用的形式主义来解释Pancharatnam阶段的平行运输，并显示其与Berry阶段的连接。此外，我们还表明，4d描述中的两个额外自由度代表了非物理变换，禁止传播光子，因为它们不遵守基本的量子力学玻色子对易关系。
2013-03-07 physics.optics
Generating optical vortex beams by momentum-space polarization vortices centered at bound states in the continuum
光学涡旋（OV）是一种具有螺旋波前和螺旋相位位错的光束。这类梁在各个领域引起了越来越多的兴趣。在这里，我们从理论上提出并实验实现了一种新颖但简单的方法来产生光学涡旋。利用二维周期性结构（如光子晶体板）动量空间中束缚态（BIC）周围固有的偏振拓扑涡旋结构，使光束产生Pancharatnam-Berry相位.这类新的OV发生器在动量空间中运行，这意味着没有真实的空间结构中心。因此，不仅制造而且实际对准将被大大简化。理论上可以实现任意工作波长下的任意偶数阶OV，即准无衍射的高阶准贝塞尔光束。该方法拓展了束缚态在连续介质和拓扑光子学中的应用。
2019-09-27 physics.optics
Geometric-Phase Waveplates for Free-Form Dark Hollow beams
我们展示了创建具有雕刻到异国情调的强度景观模仿各种各样的不同的平面曲线的形状的相位奇点的光束的可能性。为了实现这一目标，我们已经开发出一种方法，直接编码的几何特性的一些选定的曲线成一个单一的方位角相位因子，而不通过间接加密方法的基础上冗长的数值程序。利用该结果对液晶基非均匀波片的光轴分布进行了建模。最后利用该方法对输入的高斯光束进行了Pancharatnam-Berry位相波前整形。
2020-05-02 astro-ph.IM physics.optics
A wavelength and polarization selective photon sieve for holographic applications
光学超颖表面是光的相位和振幅调制的理想候选者，具有全息应用的良好基础。在这项工作中，我们提出了一个双振幅全息方案的基础上的光子筛的原则，然后结合相位全息图利用Pancharatnam-Berry相位。我们证明了两种类型的孔径，矩形和正方形的形状在金膜填充硅纳米天线是足够的，以创建两个振幅全息图在两个不同的波长在可见光，复用与一个额外的相位只有全息图。纳米天线被定制为调整孔径的光谱透射率，从而实现波长灵敏度。纯相位全息图是利用各向异性矩形结构实现的。有趣的是，这三个全息图彼此之间具有定量的数学相关性。因此，偏振和波长通道的灵活性可以与定制的特征一起使用，以同时实现这种振幅和相位全息，而不牺牲任何空间带宽产品。本方案具有存储不同信息的潜力，通过切换读取光束的波长或偏振状态，可以分别显示不同的信息。
2022-01-19 physics.optics
Geometric phases of light: insights from fibre bundle theory
几何相位在物理学中无处不在;它们充当物理系统变换的记忆。在光学中，最突出的例子是潘查拉特南-贝里相和自旋重定向相。相位和偏振结构的最新技术进步导致了光的额外几何相位的发现。所有这些的基本机制都是由纤维丛理论提供的。在这次研讨会上，我们回顾了纤维束理论如何不仅揭示了光的几何相位的起源，而且为探索高维状态空间奠定了基础，并对拓扑光子学和量子通信产生了影响。
2022-05-09 math-ph math.MP physics.app-ph
A liquid crystal geometric phase hyperbolic lens with a positive focal length for arbitrary circularly polarized incidence
本文提出并验证了一种基于 Pancharatnam-Berry 相位调制的液晶几何相位双曲透镜（LCHL），可对任意圆偏振光实现各向同性聚焦，在精确光场调制及生物医学成像等领域具有重要应用潜力。
2024-09-26 physics.optics
Absorber of Topologically Structured Light
提出一种对光拓扑结构敏感的吸收器，通过锥面镜将含偏振奇点的光转化为驻波并由纳米线吸收，实现近乎完美的能量耗散，同时拒绝平面波，适用于能量收集与电信等领域。
2025-09-13 physics.optics
Geometric-phase microscopy for quantitative phase imaging of isotropic, birefringent and space-variant polarization samples
我们提出了几何相位显微镜允许多用途的定量相位成像，其中地面实况相位通过量化相位延迟来恢复。该方法使用宽带空间非相干光，通过几何（Pancharatnam-Berry）相位进行偏振灵敏控制。所评估的延迟可能起源于动态或几何相位，并且测量被定制用于各向同性和双折射样品或多功能几何相位元件的定量映射。相位恢复是基于偏振区分波的自干涉携带样本信息并提供纯参考相位，同时通过固有稳定的公共路径设置。实验配置允许瞬时（单次）相位恢复，保证亚纳米精度和出色的地面实况精度（远低于5 nm）。光学性能在先进但常规可行的非侵入性生物光子成像中得到证明，该成像以自动化方式执行，并注定用于监督机器学习。实验演示了细胞干质量密度的测量、基于形态学参数的细胞分类和动态干质量变化的可视化。通过恢复源于液晶电致双折射的动态相位变化以及绘制空变偏振定向透镜的几何相位，证明了该方法的多用途。
2018-11-21 physics.optics
Exploiting hidden singularity on the surface of the Poincaré sphere
针对共偏振系统波前整形难题，提出一种利用 Poincaré 球表面隐藏奇点实现近单位效率全 2π 相移的拓扑保护相位调制机制，并在微波频段多层超表面中验证，扩展了平面光学设计工具箱。
2025-03-02 physics.optics
Riemann-Silberstein geometric phase in 4D polarization space
针对PB相位局限于二维偏振空间的问题，将几何相位推广至四维RS空间，提出可在任意偏振光中产生的RS相位，实验验证该框架并实现高维波前调控，为光与物质相互作用研究提供新视角。
2025-11-17 physics.optics
Coriolis Effect in Optics: Unified Geometric Phase and Spin-Hall Effect
我们研究的自旋轨道耦合效应时出现的波携带的内在角动量与介质相互作用。Berry相位被证明是附加到波的非惯性参考系中科里奥利效应的表现。在最一般的情况下，当波的传播方向和状态都变化时，相位由统一自旋重定向Berry相位和Pancharatnam-Berry相位的简单表达式给出。该理论得到了实验的支持，实验证明了电磁波通过表面等离子体纳米结构的自旋轨道耦合。测量验证了统一的几何相位，所观察到的偏振相关的偏移（自旋霍尔效应）的波证明。
2008-10-13 cond-mat.other physics.optics
Dynamic and Geometric Shifts in Wave Scattering
本文提出将几何-动力学分解从波演化相位推广至波散射问题，利用广义Wigner-Smith算子统一描述频率、动量等可观测量位移，并展示其规范不变的分解及广泛应用。
2025-10-09 physics.optics quant-ph
Electromagnetic confinement via spin-orbit interaction in anisotropic dielectrics
我们研究电磁波在单轴晶体中的传播，其中光轴的方向横向变化，后者与传播方向处处正交。在这样的几何结构中，场不经历折射率梯度，但它获得了横向调制的潘查拉特南-贝里相位，即源自自旋-轨道相互作用的几何相位。我们表明，几何相位与传播的周期性演变产生一个不变的有效潜力。在某些配置中，该几何相位可以提供横向限制和波导。对完整的麦克斯韦方程组的数值模拟的理论研究结果进行了测试和验证。我们的研究结果介绍和说明的作用，几何相位电磁传播的距离远远超过衍射长度，铺平了道路，一个全新的家庭导波和波导不依赖于折射率剪裁。
2017-03-06 physics.optics
Nonlinear wavefront control by geometric-phase dielectric metasurfaces: Influence of mode field and rotational symmetry
非线性Pancharatnam-Berry相位超颖表面通过利用光子自旋相关的非线性几何相位来促进频率转换过程的非平凡相位调制。然而，由于等离子体纳米结构固有的高欧姆损耗和低损伤阈值，等离子体超颖表面在非线性频率转换方面显示出一些严重的限制。在这里，我们系统地研究了非线性几何相位与三次谐波产生过程中发生的全介质超颖表面，这是由不同的面内旋转对称的硅纳米鳍。我们发现，谐振基波场的不同场分量之间的波耦合引起所产生的三次谐波信号的不同的非线性几何相位的外观。我们的理论很好地解释了实验观察到的非线性光束转向和非线性全息实现的全介质几何相位超颖表面的工作。我们的工作提供了一个新的物理图片，以了解发生在纳米介质谐振器的非线性光学过程，并将有助于设计具有定制的相位特性的非线性超颖表面。
2020-04-09 physics.optics
On-chip optical wavefront shaping by transverse spin induced Pancharatanam-Berry phase
本文提出一种基于导波光固有横向自旋的新型Pancharatnam-Berry几何相位，通过旋转金属纳米棒实现表面等离激元波前调控，用于片上光操纵和超紧凑光学器件设计。
2024-02-06 physics.optics
Geometric Phases in Optics: Polarization of Light Propagating in Helical Optical Fibers
本研究针对螺旋单模光纤中传播的光，推导了偏振特性、斯托克斯参数及光学几何相位（GPIO）的解析表达式，分析了曲率、扭转、双折射、参数波动等因素的影响及GPIO与庞加莱球立体角的关系。
2024-10-07 physics.optics quant-ph
Evolution of Geometric Phase of light since 1956: A Catalog Review
Chiba University（千叶大学）；Molecular Chirality Research Centre, Chiba University（千叶大学分子手性研究中心）；Institute for Advanced Academic Research, Chiba University（千叶大学高等学术研究所）；Quantlight and High Harmonics Lab Pvt. Ltd.（Quantlight和高谐波实验室私人有限公司）
本文回顾了自1956年以来光的几何相位的发展，分析了偏振、空间、矢量模式及电磁场中的几何相位，并探讨了其应用与未来方向。
2026-01-31 physics.optics
Observation of twist-induced geometric phases and inhibition of optical tunneling via Aharonov-Bohm effects
几何相位在物理科学的许多不同领域中普遍存在，从经典和分子动力学到量子力学和固态物理。在光学领域，类似的现象是众所周知的，以潘查拉特南-贝里相位的形式出现时，偏振态跟踪庞加莱球上的封闭轮廓。虽然这类几何相位在自由空间和导波系统中都得到了广泛的研究，但到目前为止，在光子隧穿装置中观察到的类似效应在很大程度上仍未被探索。在这里，第一次，我们的实验证明，隧道或耦合过程中的扭曲的多芯光纤系统可以显示一个手性几何相位积累类似的Aharonov-Bohm效应所产生的非零磁通量的存在。在我们的实验中，隧道几何相位是通过相应的超模的干涉来表现的。在这个系统中，对于特定的扭曲率值，相对核之间的隧穿停止，从而表明Aharonov-Bohm抑制隧穿。我们的工作首次在光学环境中观察到了这种有趣的效应。
2019-08-05 physics.optics
