研究       

概述

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Skyrmions概念源自核物理领域，目前已发现广泛存在于磁性材料、液晶、声学等多种物理系统。光学Skyrmions则可以通过精确调控偏振与轨道角动量在自由空间中生成，此次研究首次探索其在强场非线性中的动力学行为，实现了从Skyrmions结构光场驱动下光子从红外到紫外谐波的转化。

研究表明，当光学Skyrmions与具有不同旋转对称性的晶体相互作用时，能生成具有复杂拓扑结构的高阶谐波。实验中，作者不仅观察到在BBO晶体中Skyrmion向反Skyrmion的转化，还在MgO晶体中实现了不同拓扑荷Skyrmions的相干叠加，从而形成新的“谐波Skyrmions”态。

图2. BBO中二阶谐波转化为反型斯格明子

图3. MgO中三阶谐波转化为不同拓扑数斯格明子的叠加态

传统的高次谐波主要关注频率转换，而此次研究展示了光场的拓扑结构也可以通过非线性过程被有效保留、转化与操控。作者进一步提出了“量子抽签模型（QTUM）”，从量子角度解释了谐波产生过程中不同偏振通道的干涉机制，揭示了晶体各向异性与光子态干涉之间的深层联系。

图4.利用QTUM模型解释谐波产生过程

总结       

展望

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研究团队表示这项研究连接了拓扑光学与非线性光学前沿，为未来拓扑调控的光源器件和量子模拟平台提供了新方案 。该成果有望在高维量子信息、精密测量与超快成像等前沿领域发挥重要作用，也为未来构建可控、紧凑的拓扑极紫外光源奠定了理论与实验基础。