缺陷上拓扑涡旋孤子的观测

携带涡旋的波场在光子学中扮演着至关重要的角色，因其具有异常的传播特性以及与物质的相互作用，从而在光镊、成像、信息编码与传输等众多实际应用中展现出广阔前景。在非线性光学介质中传播的局域涡旋携带光束可能形成自持的激发态——涡旋孤子，然而这类孤子通常容易失稳，并且在非拓扑材料中需要高功率才能稳定。通过飞秒激光写入的非周期波导阵列，我们证明了具有缺陷的光子拓扑绝缘体（TIs）可以形成稳定且无阈值的涡旋孤子，其形状可调。这些独特的材料属于高阶拓扑绝缘体的一类，允许在缺陷核心处传播局域的、受拓扑保护的激发态，从而实现信号和能量的抗干扰传输。我们证明涡旋孤子从缺陷核心处拓扑保护的线性边缘态的叠加中分岔出来，并在整个拓扑带隙中保持稳定。在周期晶格中无法实现的具有对称性的拓扑涡旋孤子，是拓扑绝缘体中具有非平凡相位结构的激发态孤子态的首个实例。我们的发现揭示了非线性、光场的角动量自由度与材料拓扑之间的相互作用。