光的自旋-轨道转换的扭转选择定则

标准的Pancharatnam-Berry和线性双折射介质通过各向异性\emph{指向矢}（一个秩为二的无头场）将光学自旋转换为轨道角动量（OAM），因此遵循选择定则$\Delta\ell=2q$（每单位织构电荷$q$）。我们证明，具有几何\emph{扭转}（螺旋位错阵列的连续极限）的介质可以通过其材料连接的\emph{挠率}将自旋转换为OAM，该挠率作为秩一的矢量场进入有效的近轴动力学。由此产生的选择定则是$\Delta\ell=q$。其绕数由几何和对称性决定，而非Pancharatnam-Berry指向矢，并且该过程在每次转换的光子与缺陷晶格交换$(2-q)\hbar$角动量的同时，守恒螺旋电荷$\tilde J_z=L_z+(q/2)\sigma_z$。近轴模拟证实了该定则：一个圆高斯输入在反转螺旋度中发展出一个稳定的、拓扑量子化的$\ell=+q$涡旋，在三个瑞利长度内转换率为$83\%$，且无需精细调节。我们提出了一种偏振分辨的光子晶格鉴别器，其中测量的OAM相对于独立写入的织构电荷的斜率（扭转时为1，双折射时为2）可以区分这两种机制。