董建文、陈晓东教授团队在拓扑光场调控研究中取得重要进展

      中山大学物理学院、光电材料与技术全国重点实验室董建文教授、陈晓东教授团队提出了连续域束缚态（Bound State in the Continuum，BIC）矢量拓扑荷的内禀属性。该研究不仅能解释线偏振取向角变化形成的涡旋态（标量拓扑荷），还能描述偏振取向角与偏振椭圆形状共同变化形成的复杂涡旋态，实现了对光场拓扑性质更加全面的表征，为光场偏振和相位调控、单向辐射灵活性提供了新思路。相关成果以“Bound States in the Continuum with Vectorial Topological Charge”为题发表于国际权威期刊《Physical Review Letters》。

      BIC是一种虽然处于允许光向外辐射的频率范围内，却能够将光限制在结构中而不向外辐射的光学奇点态。近年来，研究人员发现，BIC作为光学奇点往往诱导偏振涡旋分布，并可通过标量拓扑荷描述其变化规律。然而，传统标量拓扑荷只记录偏振取向角旋转的圈数，而光的偏振状态不仅涉及取向角，还包括线偏振、椭圆偏振和圆偏振等不同形状，因此传统标量方法难以完整描述其中蕴含的拓扑信息。

      此前，该研究团队通过引入赝偏振的概念，发现了BIC所具有的标量拓扑荷及其演化规律【Phys. Rev. Lett. 132, 113801 (2024)】。在此基础上，研究团队进一步提出了由三个分量构成的矢量拓扑荷，将原本由单一数值描述的拓扑特征，拓展为能够从三个不同方向进行表征的矢量形式。借助矢量拓扑荷新方法，研究人员能够识别传统标量拓扑荷难以记录的拓扑信息。例如，研究团队发现BIC可以在向上和向下辐射的光场中形成旋转方向相反的相位涡旋，并利用这一特征实现了对不同入射方向光束的差异化调控。该工作为理解微纳光子结构中复杂偏振光场的拓扑性质提供了新的视角，有望为涡旋光束产生、偏振调控和光学波前整形提供新的设计方法，并在超薄光学元件、光学成像及AR/XR近眼显示等领域展现应用潜力。

图1 具有标量和矢量拓扑荷的连续域束缚态的对比示意图。

      中山大学为该成果的唯一署名单位，物理学院博士研究生张雯锦为论文第一作者。物理学院陈晓东教授和董建文教授为共同通讯作者。

      该工作得到了国家自然科学基金委重点项目、广东省卓越青年团队、广州市科技菁英领航项目等项目资助，以及物理学院、光电国重室等单位的大力支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/5lrk-ct88