Generation of optical vortex light beams by volume holograms with embedded phase singularity
从理论上研究了具有位相奇异性的厚全息元件产生的涡旋光束的特殊特性。体积HE结构基于OV光束与具有规则波前的标准参考波之间的3D干涉图案。入射光束衍射的线性单散射模型的框架内，其中的体积HE是由一组平行的薄层与“叉”全息结构表示。推导出了具有光学V的傍轴光束衍射后的复振幅分布的显式积分表达式。数值分析表明，HE厚度不仅会影响OV光束的选择性和效率，而且会影响衍射光束的振幅和相位分布及其传输的稳定性。我们已经研究了产生的OV形态及其演变规律，特别是，获得一个圆对称的OV光束，无论衍射角的可能性被揭示。
2012-03-28 physics.optics
Experimental observation of polarization-dependent optical vortex beams
本文报道了诱导偏振相关涡旋光束的实验研究。我们使用Talbot配置作为一种方法来探测这种效果。特别是，我们的简单实验显示了这种观察的直接测量。我们的实验可以清楚地显示光的偏振态和轨道角动量（OAM）态之间的组合。这一实现可能有助于量子系统或量子信息的进一步研究。
2016-10-04 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
Arbitrary polarization conversion for pure vortex generation with a single metasurface
光学涡旋光束的纯度取决于其能量在不同方位角和径向模式之间的传播。这种扩散越小，涡流纯度越高，其产生和检测的效率越高。有几种方法来产生具有明确定义的轨道角动量的涡旋光束，但只有少数存在允许选择纯径向模式。这些通常由具有相当复杂的布置的许多光学元件组成，包括有源腔谐振器。在这里，我们表明，它是可能的，以产生纯涡旋光束使用一个单一的超颖表面板与偏振器相结合。我们推广了现有的理论，考虑任意输入偏振态的双折射纳米柱的独立相位和振幅控制。高纯度，相当大的创建效率和无法通过的紧凑性，使所提出的方法一个强大的复杂的振幅调制工具，纯涡旋产生，即使在大拓扑电荷的情况下。
2020-06-18 physics.optics
Customized optical chirality of vortex structured light through state and degree of polarization control
本研究揭示了椭圆率、偏振度及拓扑电荷对非傍轴涡旋光束光学手性的影响，建立了按需定制其手性的理论，为手性纳米光学和结构光光子学的技术发展提供支撑。
2023-04-06 physics.optics
Polarization pattern of vector vortex beams generated by $q$-plates with different topological charges
本文描述了从中心带有拓扑电荷$q$的图形化双折射液晶板（$q$ -板）出射的矢量光束的偏振拓扑。通过在光束横截面上逐点测量斯托克斯参量，实验研究了不同$q$板和不同入射偏振态下的偏振拓扑结构。此外，我们使用了一个调谐的$q=1/2$板产生圆柱形矢量光束的径向或方位角偏振，与动态切换这两种情况下，通过简单地改变输入光束的线性偏振的可能性。
2012-01-12 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
Generation of cylindrical vector vortex beams by two cascaded metasurfaces
提出了一种简单有效的基于两个级联超颖表面的任意柱面矢量涡旋（CVV）光束的产生方法。该超颖表面作为空间变化的Panchratnam-Berry相位元件工作，并且可以产生任何期望的涡旋相位和矢量偏振。第一超表面用于切换与涡旋相关联的拓扑电荷的符号，并且第二超表面用于操纵局部极化。这种方法允许我们同时操纵CVV光束的偏振和相位。
2014-07-22 physics.optics
Chiral patterning of rough surfaces with vortex laser beams: from structured polarization to twisted forces
针对激光制备精确可控手性表面结构的难题，本研究理论结合时域有限差分模拟，分析涡旋光束的自旋与轨道角动量对粗糙金属表面能量吸收和扭转力的作用，证实其可制备手性表面结构，为手性表面工程提供新途径。
2024-09-18 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
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
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
Polarization Vortex for Enhanced Refractive Index Sensing
本文研究利用连续域束缚态（BIC）偏振涡旋增强全介质传感器折射率灵敏度，发现其k空间位置对折射率变化呈平方根依赖，角度灵敏度可比肩表面等离子体激元传感器，并观察到BIC蓝移及角度灵敏度超过光谱灵敏度的特殊区域。
2025-07-21 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
Vortex and anti-vortex compositions of exact elegant Laguerre-Gaussian vector beams
将传统的束流定义重新表述为它们的双向版本，并使用赫兹势，使束流场成为麦克斯韦方程组的精确矢量解。该方法适用于TM和TE偏振的高阶雅盖尔-高斯光束。它们的等拓扑荷和反拓扑荷的涡旋和反涡旋共轴合成以封闭的解析形式给出。组合光束的偏振分量由其径向和方位角折射率指定。两种类型的光束组合物的纵向分量是共同的，同时它们的横向分量是不同的，并且包括两个-非傍轴和傍轴-分别由傍轴参数和其倒数区分的独立部分。新的解决方案可能出现有用的任意矢量光束的建模和剪裁。
2016-10-15 physics.optics
Stereographical visualization of a polarization state using weak measurements with an optical-vortex beam
我们提出了一个立体可视化方案的偏振态的二维成像的弱值与一个单一的设置。其核心思想是在弱测量中采用拉盖尔-高斯模或涡旋光束作为探测态。我们的方案的优点是，我们可以提取信息的偏振状态从单一的图像中的零强度点的光学涡旋光束对应的立体投影点的庞加莱球。我们实验上进行单次弱测量，以验证庞加莱球上的偏振态和零强度点的位置之间的立体关系。
2015-08-18 physics.optics quant-ph
Common-path generation of stable cylindrical perfect vector vortex beams with arbitrary order
本文提出并论证了一种高效、灵活的产生稳定的径向偏振和方位偏振的理想涡旋光束以及所有高阶柱面矢量涡旋光束的方法。该方法是实现任意整数拓扑荷的两束正交圆偏振涡旋光束叠加的最简便方法。通过简单地控制输入完美涡旋光束在相敏空间光调制器（SLM）上的垂直偏振分量和水平偏振分量之间的相对振幅和相位，并采用共路干涉法，制备了任意阶的庞加莱光束。绘制了SLM上相位函数的相对相位与灰度的校准曲线，以便于使用预先计算的灰度颜色图来确定所需的相位偏移。产生的光束偏振态均匀分布在整个光束横截面上。在投影线偏振态下的两光束的干涉图样也给出了通过控制花瓣的数量和取向的圆柱对称花瓣光束。
2019-07-19 physics.optics
Single-pass, second harmonic generation of ultrafast, higher order vector vortex beams at blue
报道了一种新的蓝光矢量涡旋光束单次倍频的实验方案。利用脉宽约17 fs的钛宝石超快激光器和一组螺旋相位板，在偏振马赫-曾德尔干涉仪（MZI）中，在平均功率为860 mW的条件下，获得了lp = 12阶矢量涡旋光束。考虑到矢量涡旋光束的空间偏振特性，以及非线性频率转换过程对相互作用光束偏振特性的依赖性，利用两个光轴相互正交的硼酸铋晶体，将近红外矢量涡旋光束倍频为可见光矢量涡旋光束，倍频阶数高达lsh=24.实验测得lsh =2的矢量涡旋光束在单程倍频效率为2.4%时的最大输出功率为20.5mW。通过控制MZI中的时间延迟，我们在超快时间尺度上保持了泵浦光束和倍频光束的矢量涡旋性质。模式纯度的测量证实了高质量的矢量涡旋光束在泵浦和倍频波长的产生。通用的实验方案可以用来产生跨电磁波谱的矢量涡旋光束。
2019-02-07 physics.optics
Enantioselective optical gradient forces using 3D structured vortex light
本文揭示了三维结构涡旋光镊中两种对映选择性光梯度力，其中一种与偏振无关，可实现手性粒子的径向分选捕获。
2021-12-23 physics.optics
Generation of arbitrary abruptly autofusing circular Airy Gaussian vortex vector modes
复矢量模代表了光在其空间和偏振自由度上不可分离的一般状态，这激发了各种各样的新应用和现象，例如它们意想不到的传播行为。例如，它们可以传播描述周期性偏振转变，从一个矢量光束改变到另一个。在这里，我们提出了一类新的矢量模式的能力，经验突然自动聚焦行为。为了实现这样的光束，我们在圆艾里高斯涡旋（CAGV）光束的空间自由度编码。我们演示了实验产生的任意CAGV矢量光束，并证明了它们的一些性质，如模间相位的旋转。我们预计，这些模式的迷人特性将促进与其自动聚焦行为和偏振分布相关的新应用的发展。
2022-08-31 physics.optics
Acceleration toward polarization singularity inspired by relativistic ExB drift
受洛伦兹力驱动的带电粒子的相对论运动轨迹与经典运动轨迹不同，存在速度依赖的相对论加速度项。在这里，我们表明，光学偏振态附近的偏振奇异性的演变可以描述类似的带电粒子的相对论动力学。一个相变宇称时间对称的潜力，然后解释在电场和磁场的“伪”场之间的竞争施加到极化状态。基于这种洛伦兹赝力表象，我们揭示了零洛伦兹赝力是最近报道的在例外点处强极化收敛到奇异态的起源。我们还展示了确定性的设计的非手性和方向的本征态在例外的点，允许一个异常的线性偏振器，其操作正交的向前和向后波。我们的研究结果连接宇称时间对称性和相对论电动力学表明，以前的PT对称电位的偏振奇异性与手征本征态的ExB的“偏振”漂移的光学电位的子集。
2016-11-28 physics.acc-ph physics.optics
Quasi-perfect vector vortex beam multiplexing using an LCoS
本文提出了一种利用硅基纯相位液晶显示器产生多个独立的准完美矢量涡旋光束的方法，这些涡旋光束具有可实时编程的半径、拓扑电荷、偏振阶数和三维位置。我们实现了多达7个独立光束的同时产生，拓扑电荷从-3至3，并发现模拟和测量的相位和偏振结构之间的巨大协议。此外，我们使用相同的方案来增强单个光束的焦深，从而产生在传播过程中保持其特性的“管”光束。
2022-06-13 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
The transverse shift of a high order paraxial vortex-beam induced by a homogeneous anisotropic medium
研究了倾斜高阶傍轴涡旋光束通过单轴晶体均匀各向异性介质的传输。我们发现，具有l阶光学涡旋的初始圆偏振光束分裂成具有复杂涡旋结构的寻常光束和非常光束。经过一系列的位错反应后，涡旋聚集在部分光束的轴上，初始圆偏振形成l阶光学涡旋。然而，只有l-1个涡旋聚集在具有正交圆偏振的部分光束的轴上。一个光涡旋沿垂直于光束倾斜面的方向移动。这种涡旋位移引起部分光束的横向位移。实际上，我们处理的是单轴、均匀各向异性介质中的光束四阶矩。前两个光束是初始倾斜光束分裂为普通光束和非常光束的结果。
2008-12-22 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
Vector vortex solitons and soliton control in vertical-cavity surface-emitting lasers
研究了垂直腔面发射激光器中矢量涡旋光束的选频反馈特性。它们被解释为高阶涡旋孤子的空间不均匀，但局部线性偏振状态。与大多数依赖于压印偏振结构获得矢量涡旋光束的方案不同，由于垂直腔器件中的近偏振简并性，矢量涡旋孤子自发形成。我们观察到径向，双曲线和螺旋偏振配置取决于小的剩余各向异性在系统中和不同状态之间的多稳定性。此外，我们证明了激光孤子的触发器操作通过在原则上本地电子非线性。结合这两个主题可能会为一个简单的设备开辟一条道路，使不同的矢量涡旋光束之间的应用快速切换。这些研究将非线性科学、奇异光学、结构光和半导体激光器技术很好地结合起来。
2021-06-12 nlin.PS 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
Direct Generation of Radially Polarized Vector Vortex Beam with an Exciton-Polariton Laser
矢量涡旋光束是一类在空变偏振态下具有奇异性的光束。矢量涡旋光束激光器在成像和通信等领域有着广泛的应用，其中发射高斯光束的垂直腔激光器应用最为广泛。从垂直腔激光器产生矢量涡旋光束需要外部控制或调制。在这里，通过利用偏振选择亚波长光栅作为垂直半导体微腔中的反射器之一，我们设计的极化激元模式的自旋纹理和演示极化激元激射单模，径向偏振矢量涡旋光束。偏振和相位分布的发射的特征在于偏振分辨成像和干涉。这种矢量涡旋激光束产生方法允许低阈值功率、稳定的单模操作、可扩展性和片上集成，所有这些对于成像和通信中的应用都是重要的。
2020-10-02 cond-mat.mes-hall 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
Spontaneous formation of vector vortex beams in vertical-cavity surface-emitting lasers with feedback
报道了在具有频率选择反馈的垂直腔面发射激光器（VCSEL）中自发产生的非均匀偏振矢量涡旋光束。证明了具有双曲偏振结构的反涡和径向偏振涡。它们与具有均匀和非均匀偏振分布的涡旋接近并部分共存，其特征在于四个成对正交偏振域。这些非平凡的结构在一个简单的，近各向同性的VCSEL系统的自发形成是显着的，矢量涡被认为具有类孤子的属性。
2017-06-16 nlin.PS physics.optics
Controlled generation of ultrafast vector vortex beams from a mode-locked fiber laser
University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）
本文报道一种新型锁模光纤激光器，通过控制腔内几何相位实现高阶庞加莱球上任意位置超快矢量涡旋光束的直接生成，具有8.5皮秒脉冲宽度和灵活切换能力。
2026-06-04 physics.optics
On-chip radially and azimuthally polarized vortex beam generation utilizing shallow-etched gratings
柱面矢量涡旋（CVV）光束是一种具有矢量性质、携带量子化轨道角动量态的复杂光场，由于其丰富的应用而得到了广泛的研究。当前使用单独偏振和空间相位操纵来生成CVV光束的技术遭受庞大的尺寸和低可配置性。在这项工作中，我们提出并实验证明了一种方法来产生CVV光束与集成器件的基础上氮化硅微谐振腔和嵌入式顶部光栅。该器件通过简单地改变回音壁模的偏振态和波长，可以产生宽带径向和方位偏振涡旋光束。另外，我们发展了一种只需要一次刻蚀就可以制作浅刻蚀顶栅器件的方法。这种新颖的方法提供了新的能力，开发芯片上的集成器件具有极大的方便性和灵活性。
2017-11-20 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
Spin-orbit Interaction-mediated Measurement of Surface Chirality
本文提出利用聚焦反射光束中自旋-轨道相互作用形成的光学涡旋轨迹，定量测量石英晶体表面手性参数的符号与大小，并通过琼斯矩阵模拟与实验验证了该方法的有效性。
2024-10-01 physics.optics
Vector Laguerre-Gauss beams with polarization-OAM entanglement in a graded-index medium
结果表明，在梯度折射率介质中，具有偏振轨道角动量纠缠的矢量涡旋拉盖尔-高斯模是麦克斯韦方程组的矢量解.研究了具有非零方位折射率和径向折射率的线偏振和圆偏振涡旋光束在圆柱形梯度折射率介质中的聚焦。分析了考虑自旋轨道效应和非傍轴效应后的波形随距离的变化。研究了渐变折射率圆柱形光波导中模式干涉引起的波包的长期周期性恢复效应。强聚焦光斑通过光波导在长距离上的高效传输伴随着一段恢复期而发生。
2015-12-15 physics.optics
Generalized Jones Calculus for Vortex, Vector, and Vortex-Vector Beam Transformations
这项工作定义了琼斯矢量的一般形式，并建立了偏振器，波片，法拉第旋转器，Q板和螺旋相位板的琼斯矩阵。我们建立了广义琼斯演算涡旋，矢量和涡旋矢量光束变换。系统的形式主义提出的理论安排在操纵的相位和偏振的结构光。利用矩阵代数方法讨论了光学元件和系统的本征态和时间反演行为。最后，将广义琼斯积分应用于Sagnac干涉仪的表征，并提出了其应用前景。
2021-03-25 physics.optics
Are vector vortex beams endowed with any entanglement?
光束的偏振是最重要的物理现象之一。但到目前为止，它只被描述在傍轴近似，其中它被认为是一个单一的自由度，其特征在于局部斯托克斯参数在横向平面。基于这种描述，矢量涡旋光束被认为是偏振和空间模式的纠缠。在这里，我们表明，有没有任何纠缠在一大类代表性的矢量涡旋光束，包括著名的柱矢量光束。这是通过开发一种方法来准确地表征一般光束的偏振来实现的。研究发现，当严格推广到动量空间中的一般光束时，Stokes参数是关于自然坐标系的物理量。确定自然坐标系的所谓的Stratton矢量确定了偏振的自然表示，其中泡利矩阵表示偏振相对于自然坐标系的固有自由度。结果，斯特拉顿矢量本身表现为偏振的另一个自由度。从这个观点来看，由平行于传播轴的斯特拉顿矢量以及泡利矩阵$\hatσ_1$的本征值指定的光束精确地是矢量涡旋光束。它们没有被赋予任何纠缠。
2020-03-15 physics.optics quant-ph
Taxonomy of hybridly polarized Stokes vortex beams
针对混合偏振斯托克斯涡旋光束因偏振结构简并、实验噪声导致表征困难的问题，提出结合深度学习的衍射型斯托克斯偏振测量法，对15类含简并的光束实现98.67%的分类准确率，为混合偏振光束表征提供新路径。
2023-06-09 physics.optics
Scattering of Poincare beams: polarization speckles
偏振散斑是具有空间变化的随机偏振轮廓的细颗粒光图案。我们利用庞加莱光束（一类特殊的矢量涡旋光束）通过毛玻璃板的散射产生这些散斑图。这里，庞加莱光束是使用偏振敏感空间光调制器产生的，该空间光调制器显示对应于光学涡旋相位分布的轴上全息图。粗糙表面的不同不均匀性经历不同的偏振，其控制散射波在检测平面处干涉的能力，并导致空间变化的偏振分布。我们实验确定了这些散斑图的局部偏振度和偏振椭圆方向的空间变化从斯托克斯分析。利用Stokes参量S0的自相关函数确定标量散斑的大小，利用其余三个Stokes参量的自关联函数之和确定偏振散斑的大小。我们发现标量散斑的大小与矢量光束的折射率无关，但偏振散斑的大小随矢量光束折射率的增加而减小。
2017-05-12 physics.optics
Formulation of the twisted-light--matter interaction at the phase singularity: the twisted-light gauge
扭曲光是携带轨道角动量的光。这种光束的轮廓是一个环状结构，在光束轴处有一个节点，其中存在相位奇异性。由于强烈的空间不均匀性，扭曲的光-物质相互作用的数学描述是不平凡的，特别是接近相位奇异性，通常使用的偶极矩近似不能应用。本文证明了，如果扭转光束的偏振态和轨道角动量具有相同的符号，则可以导出一个类似于偶极矩近似的哈密顿量。然而，如果偏振和轨道角动量的符号不同，一般来说，光束的磁性部分变得非常重要，并且仅考虑电场的相互作用哈密顿量，如在偶极矩近似中，是不合适的。我们讨论了半导体纳米结构的扭曲光激发的这些发现的后果，例如，一个量子点，放置在相位奇点处。
2014-12-12 physics.optics
Natural shaping of the cylindrically polarized beams
我们从实验和理论上证明了，在偏振旋向性和涡旋拓扑荷符号相反的条件下，通过单轴晶体传播的带有单电荷光学涡旋的圆偏振光束在聚焦后，在焦区附近可以分裂成径向偏振光束和方位偏振光束。极化结构的质量可以达到统一。
2010-07-29 physics.optics
Quantum steering with vector vortex photon states with the detection loophole closed
违反非定域性不等式使得最强大的远程量子信息任务和量子物理学的基本测试成为可能。非定域性的无环光子验证已经通过偏振纠缠光子对实现，但不能通过在其他自由度上纠缠的状态实现。在这里，我们证明了量子转向非定域性任务的完成，与检测漏洞关闭，纠缠是通过传输光子在光矢量涡旋状态，形成光学轨道角动量（OAM）和偏振分布。除了开辟一种超越偏振的高效编码之外，矢量涡旋转向的关键重要演示还为新的自由空间和基于卫星的安全量子通信设备和设备无关协议打开了大门。
2022-03-11 physics.optics quant-ph
Phase singularity enabled polarization switchable analog spatial differentiation in an atomic MoS$_2$ planar Fabry-Pérot cavity
Harbin Institute of Technology at Weihai（哈尔滨工业大学（威海））；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
研究利用集成平面F-P腔的单层MoS₂，借助偏振相关相位奇点，实现斜入射下偏振可切换模拟空间微分，通过切换入射偏振实现输入图像的一阶和二阶导数，为可调谐光学计算提供新策略，可用于图像处理等。
2026-07-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Efficient generation and amplification of intense vortex and vector laser pulses via strongly coupled stimulated Brillouin scattering in plasmas
本文提出利用等离子体中强耦合受激布里渊散射（SC-SBS）技术高效产生并放大强涡旋与矢量激光脉冲，实现65%能量转移效率及全光偏振控制，并产生可控角动量的新光结构。
2023-11-23 physics.optics physics.plasm-ph
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
Exploiting the combined dynamic and geometric phases for optical vortex beam generation using metasurfaces
提出一种融合动力学相位与几何相位的超表面混合设计，可灵活生成光学涡旋光束并实现对入射光偏振的可调控制。
2024-12-06 physics.app-ph physics.optics
Dielectric cross-shaped resonator based metasurface for vortex beam generation in Mid-IR and THz wavelengths
超表面是包括亚波长间隔和亚波长尺寸的谐振器的二维（2D）阵列的工程化薄表面。超表面可以局部地操纵光的振幅、相位和偏振，具有高空间分辨率。在这项研究中，我们报告了专门为红外（IR）和太赫兹（THz）波长制造的涡旋光束生成超颖表面的数值和实验结果。所设计的超颖表面由具有空间变化长度的介电十字形谐振器的2D阵列组成，从而向入射光提供期望的空间变化相移。超颖表面被发现是不敏感的入射光的偏振。使用严格的时域有限差分（FDTD）分析计算的交叉谐振器的尺寸。利用两个工作在8.8~$μ$ m（IR）和0.78~THz（THz）的涡旋产生光学元件，通过对元谐振腔进行物理定标，实现了光谱可伸缩性。使用配备焦平面阵列（FPA）探测器的FTIR成像显微镜对在中红外光谱范围内产生的涡旋光束进行成像。该设计可用于有效的波前整形以及中红外光谱范围内的各种光学成像应用，其中需要偏振不敏感性。
2019-06-25 physics.app-ph 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
Ultracompact single-photon sources of linearly polarized vortex beams
该工作提出基于芯片集成量子发射器耦合超表面的超紧凑单光子源，实现高纯度线偏振涡旋光束产生及多路复用纠缠，为集成高维量子光源提供新平台。
2023-05-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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 $表示斯托克斯参数的第三分量），其在线性和非线性双折射存在的情况下形成以C线为中心被L表面包围的管状表面。指出旋光性（或手征性）是揭示偏振奇异性的“障碍”。另一方面，我们考虑了Stokes参量的场论方面，构造了一个特殊的解，称为光学skyrmion，解释了偏振奇异性，skyrmion形成了一个{tube}，并简要讨论了它的动力学内容。在此工作的基础上，进一步的分析将有望揭示偏振光学的隐藏方面。
2021-02-15 nlin.PS physics.optics
Polarization radiation of vortex electrons with large orbital angular momentum
涡旋电子--波函数具有螺旋波阵面的自由传播电子--可能成为电磁辐射物理学中的一种新工具。它们携带相对于传播轴的非零内禀轨道角动量（OAM）$\ell$，并且对于\ell \gg 1，携带大的OAM感生磁矩μ~ \ell μ_B（μ_B是玻尔磁子），其影响电磁波的辐射。在这里，我们详细考虑了OAM诱导的影响，由这样的电子在两种形式的偏振辐射，即在切伦科夫辐射和过渡辐射。由于大的\ell，我们可以忽略量子或自旋诱导效应，其数量级为\hbar ω/E_e \ll 1，但保留磁矩贡献\ell \hbar ω/E_e \lesssim 1，这使得准经典方法适用于偏振辐射。我们讨论了磁矩对极化辐射的贡献，这是从未被实验观察到的，并研究了它的可见性如何依赖于运动学参数和介质介电常数。特别是，它示出，这种贡献可以，在原则上，在方位角非对称的问题，例如，当涡旋电子斜跨金属屏幕（过渡辐射）或移动附近（衍射辐射）被检测到。我们预测的过渡辐射的左右角不对称性（在平面上的电荷辐射分布将保持对称），这是由于电荷辐射场和磁矩之间的有效干扰。对于E_e = 300 keV，\ell = O（100-1000）的涡旋电子，这种不对称性的数值为O（0.1-1%），我们认为这种效应可以用现有的技术检测到。目标的有限电导率和频率色散在这些预测中起着至关重要的作用。
2013-07-20 hep-ph physics.acc-ph physics.optics
Real-time Phase Conjugation of Vector Vortex Beams
矢量涡旋光束在更好地理解相干性和偏振性方面发挥了重要作用。它们由空间非均匀偏振态描述，其呈现出丰富的光学模式结构，在光通信、成像、光谱学和计量学中的应用引起了广泛的关注。然而，这种复杂的模式结构可以是相当有害的传播效应，如湍流和双折射扰动光束。已经提出光学相位共轭作为从扰动恢复光束的方法。在这里，我们证明了全相位共轭矢量涡旋光束使用三波混频。我们的方案利用了一个快速的非线性过程，可以方便地通过泵浦光束控制。我们的研究结果为矢量光束的复杂的实际应用铺平了道路。
2019-10-16 physics.optics quant-ph
Polarization interferometric prism: a versatile tool for generation of vector fields, measurement of topological charges and implementation of a spin-orbit Controlled-Not gate
光涡旋和矢量场是两种重要的结构光场。由于其在许多科学领域的广泛应用和独特的功能，这些领域的产生，操纵和测量引起了人们的极大兴趣，并成为非常重要的课题。然而，大多数生成向量场的方法都需要在灵活性、效率、稳定性和简单性之间进行权衡。同时，如何简单、直接地测量拓扑荷，特别是高阶光学涡旋的拓扑荷，仍然是一个挑战。本文设计并制作了一种棱镜：偏振干涉棱镜（PIP），作为一种单元件干涉仪，它可以方便、高效地将光涡旋转换为矢量场，并可用于精确测量任意光涡旋的拓扑荷（包括绝对值和符号），即使是高阶光涡旋。在实验上，我们产生了各种矢量场的全球保真度范围从0.963到0.993和测量的拓扑电荷的光学涡旋通过计数的花瓣均匀分布在一个环上的输出强度图案。PIP作为一种产生、操纵和探测单光子自旋轨道态的通用工具，也可以工作在单光子区进行量子信息处理。在实验中，PIP被用作自旋轨道控制非门，在产生的28个双量子比特状态上，实现了从0.966到0.995的状态有序度，并证明了PIP对单光子的可行性。
2020-12-23 physics.optics quant-ph
