Spatiotemporal optical vortex reconnections of multi-vortices

涡流 物理 旋涡 拓扑量子数 拓扑缺陷 涡流环 角动量 湍流 拓扑(电路) 经典力学 凝聚态物理 机械 量子力学 数学 组合数学
作者
Jordan Adams,Imad Agha,Andy Chong
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41598-024-54216-4
摘要

Abstract Vortex reconnections are ubiquitous events found in diverse media. Here we show that vortex reconnections also occur between spatiotemporal vortices in optical waves. Since vortices exhibit orbital angular momentum (OAM), the reconnections of optical vortices create a variety of connected OAM states. Dispersion and diffraction can cause different reconnection pairs, depending on the orientation of the vortices. The transverse crossing of two vortices with a topological charge of one can produce unique vortex loop reconnection patterns. Higher topological charges result in arrays of vortex loops and connection points. Crossing of three vortices produces spherical structures made of three symmetrical vortex arms. A three vortices reconnection with higher topological charges develops complicated patterns similar to turbulence cascade phenomena in other media. Studying optical vortex interactions may bring insight into vortex reconnections in other fields. We also provide experimental results of two-vortex loop interaction.

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