本研究由南京大学陆延青、马玲玲团队与电子科技大学蒙翠玲团队合作完成，发表于《Science Advances》。团队通过光控图案化向列相液晶，构建高精度拓扑涡旋结构，将涡旋核设计为可程序化的局域混沌中心，利用混沌散射与对称性保护机制，实现可控、稳定、可重构的光分支流。研究首次揭示拓扑涡旋核分裂的三维结构、混沌动力学与类洛伦兹吸引子特征，并通过低压电场实现分支路径动态切换。该工作建立了拓扑物理、光学混沌与软物质光子学的统一框架，为片上拓扑光子学、光信息路由与宇宙极端环境光散射模拟提供全新实验平台。
混沌动力学以蝴蝶效应为典型特征，广泛存在于非线性光学系统，但传统光学混沌主要表现为时域不规则行为，空间域混沌难以定位、调控与利用。光波分支流是波在关联无序势中形成的树状聚焦通道，已在电子、水波、声波与光波中观测到，但其高度依赖随机势场，难以精准整形与集成。液晶具有自组装、高双折射与外场响应特性，是构建可重构光学无序系统的理想载体。通过边界锚定定制拓扑涡旋，可将强非线性、高灵敏度与拓扑保护集于一体，为驯服光学混沌、实现确定性光分支流提供关键路径。
团队基于数字微镜器件（DMD）紫外光控取向技术，在偶氮染料取向层精准编程向列相液晶指向矢场，制备拓扑荷 S=±1 至 ±8的高纯度拓扑涡旋，空间分辨率达 1.08 μm / 像素。通过多步曝光与偏振同步旋转，实现涡旋拓扑荷、初始偏移角 C 与核心位置的完全可编程。共聚焦荧光偏振显微与朗道 - 德热纳自由能模拟证实，高拓扑荷涡旋核发生面内分裂 + 面外延展，S=2 涡旋分解为 4 个半整数缺陷，形成类四边形稳定结构；S=8 涡旋分解为 16 个半整数缺陷，形成类十二边形排布。缺陷线在三维空间贯通液晶盒，上下表面锚定形成顶点，构成局域各向同性混沌中心。
光学实验以 532 nm 高斯光束入射，系统研究涡旋拓扑参数对光传播的调控规律。S=2、偏移角 C=π/2 时，光束在核区形成尖点型光焦散线，分裂为三条对称分支；改变 C 可连续调控分支对称性与焦散位置。随 | S | 从 3 提升至 8，分支数由 3 条稳定增加至 7 条，分支偏转角度均匀递减，相邻分支角间距严格满足 β=2π/|2S|。分支流高度对称、无随机涨落，表现为对称性保护的确定性分支，与传统随机介质分支流形成本质区别。
机理研究表明，光分支流源于混沌散射 + 折射率通道引导的协同作用。涡旋核区指向矢急剧旋转，构成强非线性区域，入射光微小入射位置差异即可导致显著不同的传播轨迹，表现为对初始条件的敏感依赖性，即空间光学混沌。数值模拟显示，散射角随入射位置呈现不连续跳跃分布，形成空间类洛伦兹吸引子，为光学混沌提供直接实验证据。同时，液晶各向异性使有效折射率在指向矢与径向垂直时取极值，形成均匀分布的高折射率通道，将混沌散射光约束为离散、稳定的分支。
团队进一步实现电场驱动动态重构。在 1 kHz 交流电场（0–10 V）调控下，缺陷线由垂直取向逐渐转向面内，分支数由多渐少；10 V 时分支完全消失，恢复直光束。动态响应揭示缺陷线构型决定分支形态，而非分子瞬时取向。该过程可逆、可重复、响应时间秒级，为光路由、光开关、可编程分光提供器件基础。
