日常经验告诉我们，从一面完全平坦的镜子反射出来的光会给我们正确的图像，不会有任何变形。有趣的是，当光场本身以一种复杂的方式构成时，情况并非如此。出现微小的变形。
坦佩雷大学的研究人员首次在实验室中观察到这些现象。结果证实了十多年前对这种基本光学效应的预测。他们还展示了如何使用它，例如，作为确定材料特性的方法。
这一基本光学效应的首次观测现在被刊登在2024年9月17日发表在《自然通讯》上的文章《扭曲光的拓扑像差观察》中。
光是一种波。尽管科学家们在一个多世纪前就知道了这个简单的说法，但光学和光子学的研究人员经常发现和探索光波的新特性和应用。在坦佩雷大学，实验量子光学小组(EQO)研究光的形状或结构的细微差别。光的结构已经成为现代光学中的一个重要课题，从量子物理的基础到信息科学和光通信，都取得了进展。
在他们的最新工作中，研究人员已经证明，当光束从一个完全平坦的物体(如镜子)反射时，光束的形状会轻微扭曲。虽然变形非常小，但它携带了关于物体本身的重要信息，比如它是由什么材料制成的。这种所谓的拓扑畸变效应，十多年前由英国的研究人员预测到，现在首次被观察到。
EQO团队的组长Robert Fickler副教授解释说:“虽然观察变形的一般想法似乎相当简单，但我们花了一年多的时间来完善我们的实验，并调整原始理论，以区分实验研究中自然发生的所有其他光束变形的影响。”
随着光波整形技术的进步，近几十年来，结构光领域蓬勃发展。人们对这一领域的兴趣主要来自于所谓的扭曲光波，这种光波不仅以光速传播，而且在传播过程中还会自旋。
“奇怪的是，在这些扭曲的光场中，有一些点是完全黑暗的，我们称之为光学漩涡，就像水中的漩涡一样，它们本身是无水的。我们所做的就是观察当光束与平面物体相互作用时，这些漩涡是如何缠绕和移动的，以及我们可以从这些运动中学到什么，”该研究的主要作者、科学院博士后研究员拉斐尔·巴罗斯补充道。
光场中涡旋的动力学是一个长期研究的课题，通常被认为是一个复杂的数学问题。在他们的工作中，作者研究了扭曲光场的漩涡在被物体反射时是如何移动的。
他们已经证明，尽管每个光学涡旋以复杂的方式运动，但它们的集体运动是由物体的特性以一种简单而可预测的方式决定的。研究人员指出，他们的工作将激发用结构波测量材料特性的新方法。这将给光学技术带来新的转折。
