揭示向量涡旋束在复杂介质中的拓扑不变性
光学
2026-03-06 v1
摘要
轨道角动量（OAM）作为光的拓扑自由度，理论上在连续变形下保持不变；然而，其物理可观测性在复杂介质中会急剧下降，形成一个根本的“拓扑-可观测性鸿沟”。本文提出了一种基于极化与拓扑特征非可分离耦合的向量涡旋束的拓扑测量新范式。我们构建了一个从全局 Stokes 场派生的拓扑非可分离度量指标，并将其集成到一种受物理引导的机器学习校准框架中，该框架结合贝叶斯高斯过程回归与 XGBoost 驱动的自适应模型选择，实现了对拓扑特征的高保真识别，最高可达 200。这种鲁棒性即使在光束强度和相位结构被极端复杂介质（包括强大气湍流、海洋湍流和高温喷流）完全扭曲后也仍然保持。该方法克服了可访问 OAM 模式数量有限且对扰动敏感的瓶颈。我们的工作不仅弥合了拓扑理论与物理可观测性之间的根本鸿沟，也为在真实世界复杂环境中可靠部署高维 OAM 提立了坚实框架，为无线光学通信、远程拓扑感知和经典量子信息协议的前沿发展指明了方向。
引用
@article{arxiv.2603.04726,
title = {Revealing the Topology invariance of vectorial vortex beam in complex media},
author = {Shuailing Wang and Jingping Xu and Yaping Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.04726},
year = {2026}
}