动量空间中光学涡旋的观测

涡旋，即二维矢量场的缠绕，其核为场奇点，其拓扑荷由矢量场的量化缠绕角定义。涡旋是自然中最基本的拓扑激发之一，广为人知的有发旋中发丝的缠绕、流体动力学中速度的缠绕、角动量光束中相角的缠绕以及超导体和超流体中序参量的缠绕。然而，除了实空间中的涡旋外，涡旋几乎未被观测到。尽管能带简并（如狄拉克锥）在其数学结构上可视为动量空间涡旋，但缺乏一个定义良好的物理可观测量，其缠绕数为任意带符号整数。在此，我们通过周期性等离激元结构的布里渊区（BZ）中远场偏振矢量的缠绕，实验观测到了动量空间涡旋。利用自制的偏振分辨动量空间成像光谱仪，我们完整绘制了可见光波长下所有辐射态的色散、寿命和偏振。动量空间涡旋通过其偏振分辨等频轮廓中的缠绕图案及其发散的辐射品质因子在实验上被识别。此类偏振涡旋可稳健地存在于任何矢量场的周期系统中，而它们未被现有为标量场发展的拓扑能带理论所捕获。该工作为探索动量空间中的拓扑光子学、研究连续域束缚态（BICs）、以及渲染和操控矢量光束与设计高Q等离激元共振开辟了有前景的途径。