与传统涡旋波不同,时空涡旋是一种在时—空混合域上存在相位奇点的多色波包,携带着横向的轨道角动量。在实验中生成此类复杂的脉冲是一项颇具挑战的任务,而对该脉冲波包的精准操控(如控制其传播方向等)则更为困难。该研究表明,非厄米系统的散射奇异点可为生成和操控此类时空涡旋提供有力手段。
为此,研究人员设计了一种四端口透射型超构表面;并基于投影非厄米方法,在该超构表面中同时构建了两个不同的二阶奇异点EP1和EP2,其本征值的拓扑荷数分别为1和2。理论计算与数值仿真进一步证明:当单一脉冲斜入射该超构表面时,EP1会在异常透射通道中激发一个拓扑荷数为1的时空涡旋,而EP2则会在镜面透射通道中激发一个总拓扑荷数为2的时空涡旋。最终,依托团队自主搭建的具备快速成像功能的水表面波平台,研究人员在实验中成功观测并证实了这一散射奇异点与时空涡旋之间的严格对应关系。