Polarization singularities of vectorial electromagnetic fields locate at the positions where properties of polarization ellipses are not defined. First observed for conical diffraction in 1830s, polarization singularities have been studied systematically with the underlying concepts being reshaped and deepened by many pioneers of wave optics. Here we review the recent results on the generation and observation of polarization singularities in metaphotonics . We start with the discussion of polarization singularities in the Mie theory, where both electric and magnetic multipoles are explored from perspectives of local and global polarization properties. We then proceed with the discussion of various photonic-crystal structures, for which both near- and far-field patterns manifest diverse polarization singularities characterized by the integer Poincaré or more general half-integer Hopf indices (topological charges). Next, we review the most recent studies of conversions from polarization to phase singularities in scalar wave optics, demonstrating how bound states in the continuum can be exploited to generate directly optical vortices of various charges. Throughout our paper, we discuss and highlight several fundamental concepts and demonstrate their close connections and special links to metaphotonics. We believe polarization singularities can provide novel perspectives for light-matter manipulation for both fundamental studies and their practical applications.

中文翻译：

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亚光子学中的拓扑极化奇异性

矢量电磁场的极化奇点位于未定义极化椭圆特性的位置。1830年代首次观察到锥形衍射，因此对偏振奇异性进行了系统的研究，许多波光学的先驱者重新定义和深化了其基本概念。在这里，我们回顾了关于亚光子学中极化奇异性的产生和观察的最新结果。我们从Mie理论中关于极化奇点的讨论开始，其中从局部和全局极化特性的角度探讨了电和磁多极。然后，我们继续讨论各种光子晶体结构，为此，近场和远场模式都表现出不同的极化奇点，其特征是整数庞加莱或更一般的半整数霍夫夫指数（拓扑电荷）。接下来，我们回顾标量波光学器件中从偏振到相位奇异点转换的最新研究，展示如何利用连续体中的束缚态直接产生各种电荷的光学涡旋。在整个论文中，我们讨论并重点介绍了几个基本概念，并展示了它们之间的紧密联系以及与超光子学的特殊联系。我们相信，偏振奇异性可以为基础研究及其实际应用提供新的观点，为光物质的操纵提供依据。我们回顾了标量波光学中从极化到相位奇异性转换的最新研究，证明了如何利用连续体中的束缚态直接产生各种电荷的光学涡旋。在整个论文中，我们讨论并重点介绍了几个基本概念，并展示了它们之间的紧密联系以及与超光子学的特殊联系。我们相信，偏振奇异性可以为基础研究及其实际应用提供新的观点，为光物质的操纵提供依据。我们回顾了标量波光学中从极化到相位奇异性转换的最新研究，证明了如何利用连续体中的束缚态直接产生各种电荷的光学涡旋。在整个论文中，我们讨论并重点介绍了几个基本概念，并展示了它们之间的紧密联系以及与超光子学的特殊联系。我们相信，偏振奇异性可以为基础研究及其实际应用提供新的观点，为光物质的操纵提供依据。我们讨论并重点介绍了几个基本概念，并展示了它们之间的紧密联系以及与超光子学的特殊联系。我们相信，偏振奇异性可以为基础研究及其实际应用提供新的观点，为光物质的操纵提供依据。我们讨论并重点介绍了几个基本概念，并展示了它们之间的紧密联系以及与超光子学的特殊联系。我们相信，偏振奇异性可以为基础研究及其实际应用提供新的视角。