光学结作为拓扑学与光学交织的奇妙产物，近年来受到科学界广泛关注。作为一种存在于三维空间中光场相位奇点构成的闭合环路结构，光学结的稳定性对于其在现代科技中的各种潜在应用尤为关键。然而，实际环境中的复杂因素，尤其是大气湍流对光学结的影响，显著制约了其性能和实用性。大气湍流产生的随机折射率扰动不仅引起光束的偏移和闪烁，还对光场的相位结构造成非线性而复杂的变形，给光学结的稳定保存带来了巨大挑战。大气湍流是一种普遍存在的自然现象，尤其在自由空间光通信、生物医学成像和遥感探测等领域尤为重要。湍流使得光传播过程中的相位前沿被扰乱，导致原有的光学结结构可能经历重连接事件，从而发生拓扑上的转变。
尽管数学拓扑理论赋予了结结构极强的稳定性和不可变性，但光学结在动态随机媒介中的稳定性并非绝对，存在明显的强弱湍流分界。最新研究结合实验与数值模拟验证了光学结在弱湍流条件下能保持其拓扑不变性，即结的奇点线并不会发生断裂或交叉数目改变。然而当湍流强度增加时，结结构将不可避免地发生拓扑转变，如从三叶结转变为霍普夫环或无结状态。这一过程主要是由于湍流引入额外的光学模态，导致奇点线发生分叉、断裂并重新连接，体现出光场中复杂模态交织的动力学特征。此外，研究还提出了针对LG（Laguerre-Gaussian）模态叠加的优化算法，通过调整各模态幅度系数，使奇点线间距离最大化，减少奇点间的干扰和漂移，从而显著提升光学结在大气湍流下的稳定性。这种优化不仅有助于实验中更精准地测量和恢复光学结结构，也为其在复杂环境中应用打下基础。
实验部分采用调制空间光调制器(SLM)生成预设的光学结畸形，通过热空气湍流室模拟实际大气条件，并结合Mach-Zehnder干涉仪利用三帧相位提取技术，实现光场复振幅的高精度测量，进而通过角谱方法重构三维奇点结构。大量统计分析显示随着湍流强度递增，原本完好的光学结被破坏的概率快速上升，突显非线性扰动对结拓扑的影响不可忽视。与二维载有轨道角动量（OAM）的光场不同，三维光学结的拓扑分类更加复杂且依赖多自由度之间精细的干涉关系，这使得传统的二维拓扑指标在评估光学结稳定性时显得不够充分。一些研究指出，利用仅基于结交叉数的拓扑不变量来判断结形态，在湍流介质中或许并非最优，未来有必要发展新型的三维形态判别方法，以更全面且准确捕捉湍流引发的形态变化。光学结稳定性的提高不仅对于理论拓扑学研究意义重大，还将促进其在多种前沿领域的应用。自由空间光通信作为最直接的应用受益者，因光学结载体的拓扑保护特性，可望提升抗干扰能力，实现更高容量、更安全的信息传递。
此外，光学结在光学微制造领域展现出定制复杂光场的独特优势，有望被用于微结构加工和光学操控，而其稳定性的增强则直接决定制造精度和工艺一致性。量子计算领域中，借助稳定的光学结编码量子信息，将极大促进拓扑量子态的编码和处理，是实现容错量子信息处理的关键路径之一。展望未来，优化算法的升级、结合自适应光学技术和深入理解湍流环境对光场多模态交互的影响将持续推进光学结研究。从实验装备的角度，高速响应的空间光调制器与动态湍流模拟设备的配合，将促进更接近自然条件的实时测量和反馈控制。理论方面，多物理场耦合模型与高性能数值计算方法将深化对光学结在非线性、多模态环境下动态演化机理的理解。总结而言，光学结在大气湍流中的稳定性突破了传统数学拓扑理论与实际物理环境之间的认知鸿沟。
其表现出拓扑性质的部分保留及特定湍流条件下的转变机制，揭示了光场结构在复杂媒介中的丰富物理现象。通过优化设计与精确测量，光学结的实际应用潜力将得到更大释放，为未来通信、成像及量子技术领域带来革命性影响。
