前沿突破！新加坡南洋理工大学（NTU）科研团队在光子学领域取得重要创新成果！由物理与数学科学学院、电气与电子工程学院南洋助理教授申艺杰领衔的团队，利用拥有两百年历史的经典光学现象 “泊松斑”，成功生成稳定的光学斯格明子结构。相关研究成果已发表于光学领域顶尖学术期刊《Optica》！
来源：Optical
领衔研究者：申艺杰助理教授团队
这项开创性研究由南洋助理教授申艺杰主导推进，团队依托NTU跨学科科研平台，长期深耕拓扑光场与现代光子学方向的前沿探索。沈毅杰助理教授聚焦新型光学结构的生成机制与落地应用研究，在相关领域积累了扎实的创新成果。
物理与数学科学学院、电气与电子工程学院南洋助理教授申艺杰
来源：NTU
方法革新：经典现象替代昂贵超材料
光学斯格明子是光场中一类特殊的涡旋状拓扑结构，在数据存储、光通信与光计算领域具备广阔的应用前景。过往生成这类结构普遍依赖人工制备的微纳超材料，研发成本高昂且对实验技术要求极高。
申艺杰助理教授团队突破传统思路，仅通过激光照射小型圆形薄片，利用光衍射形成的 “泊松斑” 效应，即可生成稳定的光学斯格明子。这一方法大幅降低了该领域的研究门槛，为全球科研人员探索光学斯格明子的特性与应用开辟了全新路径！
多自由度混合光学斯格明子。(a) 泊松光斑生成示意图。(b) 泊松光斑内自旋和斯托克斯矢量的混合斯格明子拓扑结构。(c) 电场和磁场斯格明子。
来源：Optical
核心发现：
单系统同步生成四类斯格明子
研究过程中团队发现，这套泊松斑实验系统可同时生成最多四种关联的拓扑场结构，分别为自旋斯格明子、斯托克斯斯格明子、电场斯格明子与磁场斯格明子。这种 “四合一” 的特性，让研究者能够在同一光场环境下，观测不同类型光学斯格明子的形成、演化与相互作用规律。
光具备强度、相位、偏振、电磁场矢量等多重物理属性，不同属性均可形成形态稳定的拓扑结构。沈毅杰助理教授指出，在同一系统中生成并对比多种斯格明子，有助于科研人员挖掘光的电场、磁场等属性之间的全新内在关联！
CPV光束下泊松斑点内的混合自旋和斯托克斯斯格明子照明
来源：Optical
百年经典实验的现代科研价值
“泊松斑” 指相干光源照射圆形障碍物时，阴影中心会出现亮斑的现象，是光的衍射特性的经典体现。这一现象诞生于19世纪初的光的本质之争，是证明光的波动属性的里程碑实验，距今已有两百年历史。
NTU团队让这一经典物理现象在现代科研中焕发新生，通过调控光场生成条件，可精准控制斯格明子的尺寸、形态与动力学行为。这项研究也为经典物理规律赋能前沿科技探索，提供了极具参考价值的全新范式！
自旋和斯托克斯斯格明子实验结果
来源：Optical
电场斯格明子实验结果
来源：NUS news
左右滑动查看更多
研究意义与未来展望
斯格明子概念最早起源于粒子物理与核物理领域，后续逐步延伸至凝聚态物理、磁性材料研究，近年来成为光子学领域的核心研究方向之一。此次NTU团队提出的低成本生成方案，为光学斯格明子的基础研究扫清了关键的技术障碍。
这项基础研究成果为拓扑光学领域的后续探索筑牢了理论与实验基础，未来将有力支撑光子器件、先进材料、信息处理与高性能计算等领域的技术发展！
泊松光斑中包含四种类型的斯格明子
来源：Optical
