Toward arbitrary spin-orbit flat optics via structured geometric phase gratings
利用平面光学器件通过几何相位实现的互反自旋轨道耦合（SOC）为近轴结构光的整形和控制提供了一个很有前途的平台。目前的设备，从开创性的q板到最近的J板，仅提供自旋相关的波前调制，而没有振幅控制。然而，实现对傍轴SOC状态的所有空间维度的控制需要对相应的复振幅进行自旋相关的控制，这对于平面光学器件仍然具有挑战性。在这里，为了解决这个问题，我们提出了一种新型的平面光学元件称为结构化几何相位光栅，是能够共轭的复振幅控制正交输入圆偏振。利用微结构液晶光配向技术，我们设计了一系列平面光学元件，并在实验中显示了其在任意SOC控制中的优异精度。这一原理通过平面光学解锁了近轴结构光的全场控制，为开发一般光子SOC态的信息交换和处理单元以及用于高精度激光束整形的腔外/腔内模式转换器提供了一种有前途的方法。
2023-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Bi-chromatic paraxial beam as a model of spatio-temporal light fields
本研究提出仅含两个单色近轴分量的双色近轴光束简化模型，可用于分析非单色时空光场的特性，证实光场能量中心与概率中心高度重合，并通过数值算例展示了该类光场的演化与形变特征。
2024-04-11 physics.optics
Transversality Locks Longitudinal Gradients in Structured-Light Quadrupole Transitions
University of East Anglia（东英吉利大学）；King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST)（阿卜杜勒阿齐兹国王科学与技术城）；Wake Forest University（维克森林大学）
该研究揭示麦克斯韦横向性锁定结构光四极跃迁的纵向梯度，通过分解光场梯度张量发现不同Δm通道的选择性响应，证明纵向光学结构对结构光四极跃迁的关键作用。
2026-08-20 physics.atom-ph physics.optics
The Geometry of Paraxial Vector Beams
本文揭示傍轴矢量光束的几何背景为SU(2)主丛，并用非阿贝尔Chern-Simons规范理论描述偏振与空间模式的不可分离结构，将Chern-Simons荷与自旋轨道耦合关联，提出通过Wilson线探测非阿贝尔相位，为经典光学实现拓扑量子场论及拓扑保护信息协议奠定基础。
2025-11-07 math-ph math.MP physics.optics
Topological Control of Chirality and Spin with Structured Light
University of the Witwatersrand（威特沃特斯兰德大学）；University of East Anglia（东英吉利大学）
本文通过结构光的拓扑特性实现对自旋角动量和光学手性的精确控制，揭示了自由空间中的光学霍尔效应，并提出两种拓扑机制。
2026-03-11 physics.optics
Stokes and skyrmion tensors and their application to structured light
School of Physics and Astronomy, University of Glasgow（格拉斯哥大学物理与天文学学院）
本文提出用张量替代 Stokes 向量，用于描述结构光中的偏振，并通过非抛物光学中的例子展示其应用。
2026-03-10 physics.optics
Paraxial diffusion-field retrieval
本文提出傍轴扩散场反演方法，通过求解偏微分方程从强度图像中恢复由未分辨随机微结构引起的标量或张量扩散场，适用于可见光、X射线、中子及电子等多种傍轴辐射与物质场。
2023-07-13 eess.IV physics.optics
Experimental generation of optimally chiral azimuthally-radially polarized beams
本文实验生成了最优手性方位角-径向偏振光束，通过单个光束参数精细调控手性密度，验证了理论预测，并展示了其在纳米尺度手性粒子传感、操控及对映体分离检测中的应用前景。
2025-02-11 physics.optics
Gouy-phase-mediated propagation variations and revivals of transverse structure in vectorially structured light
研究具有传播不变横向结构的矢量结构光的物理特性及其潜在应用，对现代光学和光子学的许多领域都有着重要的意义。本文研究了傍轴光场的非本征矢量模，着重研究了其横向结构（包括空间结构和偏振结构）的传播变化和恢复。我们表明，背后的变化和复兴的横向结构的物理机制是与构成空间模式之间的模内阶段的演变。这种演化起源于分数古伊相位，或者更确切地说，是同一么正变换下不同阶空间模式之间的几何相位差。这一基本原理为塑造具有自定义传播-演化特性的矢量结构光提供了一般指导，并且还可以激发基于结构光的各种新应用。
2021-05-08 physics.optics
Non-orthogonal Transformations of Structured Light Using Ellipticity-Dependent Ince-Gaussian Modes
Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.（光学研究中心）
本文提出通过椭率依赖的Ince-高斯模实现非正交结构光的变换，展示了一种实验可实现的映射方法，并引入椭率作为可控自由度用于结构光工程。
2026-05-12 physics.optics
Modal Majorana sphere and hidden symmetries of structured-Gaussian beams
结构高斯光束被证明是完全和唯一的代表由一组点（或星座）的表面上的模态马约拉纳球，提供了一个完整的概括模态庞加莱球高阶模式。马约拉纳星座的对称性转化为几何变换的不变性，让位于连续或量化的几何相位。通过验证这些对称性和几何相位的存在，证明了该系统的实验顺从性。
2020-10-15 physics.optics
Axial correlation revivals and number factorization with structured random waves
本文提出结构化随机波场关联复兴理论，建立强度自相关与高斯和的联系，并实验实现可分解质因数的模拟随机波计算机。
2023-04-21 physics.app-ph physics.optics
Quantum structured light: Non-classical spin texture of twisted single-photon pulses
Northeast Normal University（东北师范大学）；Purdue University（普渡大学）
本文提出量子结构光概念，建立单光子自旋与轨道角动量量子密度框架，揭示其非经典自旋纹理与量子涨落，为相关量子物理研究奠定基础。
2026-10-28 physics.optics quant-ph
Talbot-like pattern evolution in complex structured light from unitary transformation
本研究通过像散幺正变换，揭示了复杂结构化高斯光束中类似塔尔博特效应的模态演化机制，并提出了通用模态转换理论，为空间模态塑造提供了新方法。
2024-05-22 physics.optics
Non-Paraxial Wave Analysis of 3D Airy Beams
从波动理论的角度对三维艾里光束进行了深入的研究。我们利用精确的光谱积分的AiB推导出本地射线为基础的解决方案，不遭受传统的抛物方程（PE）的解决方案的限制，是有效的远远超出近轴区和更长的范围。AiB的主瓣附近的射线拓扑描绘了双曲umilic衍射灾难，由一个尖双层焦散，但这个焦散变形的领域失去了它的光束形状的远距离。在这个焦散附近的字段均匀描述的双曲umilic正则积分的结构明确的局部几何的焦散从初始场分布。为了适应有限能量AiB，我们还修改了正则积分，增加了一个复杂的损失参数。正则积分计算使用一系列的扩展和结果被用来识别的有效区的常规PE解决方案。在非色散AiB的框架内进行分析，其中孔径场随频率缩放，使得射线骨架与频率无关。这种缩放使理论扩展到超宽带（UWB）制度，并确保脉冲场沿弯曲的光束轨迹传播，而没有色散，将在随后的出版物中证明。
2011-12-14 math-ph math.MP physics.optics
Structured-light propagation in a medium with uniform torsion: polarization textures, geometric birefringence, and beam-resolved optical activity
Universidade Federal do Maranhão（马拉尼昂联邦大学）
研究均匀扭量介质中有限宽度光束传播，通过几何理论分析扭量诱导的圆双折射，提出最小近轴光束模型，揭示扭量对偏振退化和几何旋转的影响，结合分析短距离和全近轴传播验证预测的偏振纹理。
2026-03-23 physics.app-ph physics.optics
Morphological properties of 2D symmetric Airy beams extracted from the stationary wave approximation
研究了对称艾里光束在傍轴和非傍轴区域的形态学性质。我们考虑具有单个横向电场分量的2D电磁实现，并且在非傍轴区域中，具有沿着光轴的纵向分量。这些光束的一般结构进行了分析与几种方法的组合：几何光学通过使用焦散线，渐近波的光场的性质，使用驻波近似和数值积分。几何光学方法涉及定位临界点，这些临界点随后用于定相近似。在傍轴区域，根的最高阶数是3，而在非傍轴区域，阶数可以高达6。该技术产生的条件，以确定有趣的功能的光束，如波的数量在关键位置的建设性/破坏性的干扰。数值模拟结果证实了这一结论。通过这种方式，可以区分和分类相位奇点，如光学涡旋和位错。该算法可用于研究任何结构光场。
2019-07-24 physics.optics
Structured Light Modal Interface via Liquid-Crystal Planar Optics
本研究提出并实验验证了一种基于液晶几何相位的平面像散延迟器，利用分数傅里叶变换实现轨道角动量态在模态球上的相互转换，为高维信息处理提供了易部署的模态接口。
2023-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tailoring spatiotemporal wavepackets via two-dimensional space-time duality
研究提出“二维时空对偶性”框架，通过复振幅调制策略精确生成保真度超97%的时空光束，并揭示新型波包，推动时空光束研究的范式转变。
2024-02-12 physics.optics
Inverse design of focused vector beams for mode excitation in optical nanoantennas
我们提出了一个自由空间，逆设计纳米结构的有效模式匹配场通过后向传播的紧聚焦矢量光束的高数值孔径的消球差系统的光瞳平面。首先，我们在不考虑任何激发场的情况下研究了纳米结构的本征模，然后在焦平面上提取了模式近场。然后，每个模态场被视为所需的焦点场，其带限波通过Richards-Wolf矢量衍射公式的反转向后传播到光瞳平面。通过将纵向电场/磁场分量与参考球上的径向电场/磁场分量相关联，可以将瞳孔场设计为真正的近轴。反过来，反向设计的光瞳场向前传播到聚焦区域中以生成设计的聚焦场，其在纳米结构表面上的分布用于评估设计的聚焦场和模态场之间的重叠，即，模态展开系数。硅纳米盘单体，二聚体和四聚体的研究表明，我们的逆方法设计的必要的紧密聚焦的矢量场，可以有效地和专门匹配的某一本征模的兴趣的能力。与前向波束成形方法相比，反向设计方法在定量上更容易得到精确的模式匹配场分布。这项工作可以对依赖于可控和可调模式激发和光散射的光学应用产生重大影响。
2022-04-15 physics.optics
Operator based propagation of Whittaker and Helmholtz Gauss beams
Instituto Nacional de Astrofísica Óptica y Electrónica (INAOE)（国家天体物理学、光学和电子学研究所）
本文提出一种基于运算符的高效方法，用于传播Whittaker和Helmholtz高斯光束，通过闭合形式表达保留高斯宽度，实现有限能量光束的描述，并验证了其在非衍射结构中的应用效果。
2026-02-18 physics.optics
Light structuring via nonlinear total angular momentum addition with flat optics
University of Brescia（布雷西亚大学）；National Institute of Optics-National Research Council（国家光学研究所-国家研究委员会）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Palermo（巴勒莫大学）；Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学）
本研究通过非线性总角动量叠加，实现三阶谐波光的结构化，揭示其对泵浦偏振态的高度敏感性，为精确控制结构光提供了新方法。
2024-12-04 physics.optics
Attosecond Light Skyrmion Pulses via High Harmonic Generation
本文通过高次谐波产生阿秒斯格明子脉冲，利用红外矢量光束产生极紫外谐波，实现约500阿秒的拓扑偏振脉冲序列，为超快控制、成像和光谱学提供新工具。
2025-10-16 physics.optics
Power-Scalable Generation of High-Order Optical Vortices Via Coherent Beam Combining
Tampere University（坦佩雷大学）
本研究通过相干光束结合技术实现高功率高阶光学涡旋的生成，实现了高模纯度和高效率，为高功率结构光应用提供了新途径。
2025-12-25 physics.optics
ML-based approach to classification and generation of structured light propagation in turbulent media
Division of Mathematical Sciences, Nanyang Technological University（南洋理工大学数学科学系）；Committee on Computational and Applied Mathematics, University of Chicago（芝加哥大学计算与应用数学委员会）；Departments of Statistics and Mathematics, University of Chicago（芝加哥大学统计学与数学系）
本文提出基于机器学习的结构光在湍流中传播的分类与生成方法，利用随机斑点扰动建模传播过程，并通过生成扩散模型增强数据集。
2026-07-09 cs.LG math.OC physics.comp-ph
Hidden transverse-flow topology in partially coherent structured light
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）
该研究发现部分相干结构光可编码隐藏横流拓扑，通过构建广义横通量等方法，揭示两类光束的隐藏拓扑，表明交叉谱密度含有的物理信息不止强度与相干度。
2026-08-18 physics.optics quant-ph
On-chip measurement of the modal Stokes-Gell-Mann parameters for partially coherent three-mode light
CREOL, The College of Optics & Photonics, University of Central Florida（中佛罗里达大学光学与光子学院）
提出并实验演示了在光子集成平台上首次直接测量部分相干三模光场的Stokes-Gell-Mann参数，通过重构3×3相干矩阵探索等熵场空间。
2026-06-11 physics.optics
Revealing the modal content of obstructed beams
在这项工作中，我们提出了一个预测器/指标的自愈能力的相干结构光束：字段的模态内容。具体地，被阻挡和未被阻挡的光束的模态谱之间的保真度用作光束在任意障碍物之后将可能自愈的程度的有用度量。由于任何光场都可以根据任何选择的正交基进行分解，因此这种分析比用于确定自愈能力的其他方法限制性更小。此外，由于模式内容是传播不变的，这使得光束自重构以这种方式在任何方便的横向平面进行研究。作为一个案例研究，我们提出了令人信服的实验证据的优越性的自愈性能的拉盖尔-高斯贝塞尔-高斯光束;分析，主要是促进所提出的措施。
2020-05-05 physics.optics
Efficient post-processing of electromagnetic plane wave simulations to model arbitrary structured beams incident on axisymmetric structures
研究光束与材料结构的相互作用是纳米光子学的基础。计算电磁解算器有利于快速计算的散射从任意几何形状和复杂性的材料结构，但有有限的效率时，采用结构化的激励场。我们已经开发了一种后处理方法和软件包，可以有效地计算完整的三维电场和磁场的任何光束入射到粒子或结构上，至少有一个连续的旋转对称轴，称为轴对称体（如球体，圆柱体，圆锥体，环面或表面）。提供了一个初始批次的平面波模拟计算，这个开源包结合了计算电磁解算器的数据在后处理方式使用角谱表示创建任意结构的光束，包括矢量涡旋光束。任何和所有可能的入射光束都可以从最初的一批平面波模拟中产生，而不需要进一步的模拟。这允许有效地执行参数扫描，例如改变照明角度或相对于光束平移粒子位置，所有这些都在后处理中，而不需要额外的耗时模拟。我们展示了一些应用程序，通过数值计算的光学力和力矩地图的球形等离子纳米粒子在紧聚焦高斯光束，等离子纳米锥在方位角偏振光束和计算场的非傍轴拉盖尔-高斯涡旋光束反射多层表面。我们相信，这个软件包，称为BEAMS，是一个有价值的工具，快速量化电磁系统，超越了传统的分析方法。
2023-02-08 physics.comp-ph physics.optics
The orbital angular momentum of a turbulent atmosphere and its impact on propagating structured light fields
当结构光通过大气传播时，湍流导致模式散射和失真。一个被广泛研究的例子是携带轨道角动量（OAM）的光，其中大气被视为相位失真，数值工具提取产生的模态串扰。这种方法关注的是光本身，受到大气的扰动，但不容易获得物理上的洞察力，也没有提出一个相关的问题：光束获得或失去的OAM来自哪里？在这里，我们通过放弃光束并计算大气本身的OAM来解决这个问题。有了这个直观的模型，我们能够得出一般的结论，大气湍流对OAM光束的影响，我们证实了实验。我们的工作改变了对这个问题的看法，打开了新的见解OAM在湍流中的物理，很容易扩展到其他结构光场通过任意像差。
2021-05-26 physics.flu-dyn physics.optics
Structured Gaussians From Geometric Quantisation
本文利用几何量子化和辛约化描述二维谐振子，揭示了结构化高斯光束的模态庞加莱球结构，并简化了其$SU(2)$对称性的表达。
2025-03-26 math.SG physics.optics
