【前沿资讯】时空涡旋脉冲技术迎来多点突破赋能光通信、量子信息等多领域创新

    近期，国内外科研团队在时空涡旋脉冲（STOV）这一新型光场调控领域密集取得突破性进展。作为携带横向轨道角动量（T-OAM）的特殊光波包，时空涡旋脉冲因在光-物质相互作用、高维量子纠缠、大容量光通信等领域的巨大应用潜力，一直是光学研究的前沿方向。从定制化脉冲簇生成到创新调控技术研发，再到跨体系应用拓展，一系列成果为该领域发展注入强劲动力，相关研究分别发表于《Light:Science&Applications》《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）《科学进展》（ScienceAdvances）等国际顶级期刊。

    一、核心技术突破：从“单点调控”到“集群定制”
    1.上海理工大学-山东师范大学联合团队：实现皮秒级可控时空涡旋脉冲簇
    上海理工大学詹其文教授、山东师范大学蔡阳健教授团队首次实验生成具有可控时间依赖特性的时空涡旋脉冲簇，解决了“瞬态可切换横向轨道角动量”这一长期未突破的难题。该团队通过时空复用全息图编码技术，使脉冲簇中每个“梳齿”（脉冲单元）的时空分布可独立调控，实现皮秒尺度下T-OAM的精准切换，甚至能生成类似流体力学“卡门涡街”的交错方位角局部动量密度结构。
    研究还成功实现时空拉盖尔-高斯波包的径向量子数与拓扑荷数高纯度时变，模式纯度最高达84.4%，脉冲簇重复频率达太赫兹量级。相关成果发表于《Light:Science&Applications》，为超快光场协同调控提供了全新范式。
    2.华中科技大学：“分子波片”攻克高强度超短涡旋脉冲生成难题
    针对传统涡旋光产生手段（如螺旋相位板、液晶空间光调制器）存在的带宽窄、色散大、易损伤等局限，华中科技大学陆培祥教授领导的“强场超快光学”创新研究群体提出“分子波片”技术。该技术基于矢量光诱导的分子非绝热排列效应，使气相分子极化率呈现可编程空间各向异性分布，当圆偏振探测光通过时可生成特定拓扑荷数的涡旋光束。
    实验验证显示，优化气体参数后涡旋光转换效率接近100%，且兼具超宽带适应性、高损伤阈值与自修复特性，为强场物理、阿秒科学领域提供高强度超短涡旋脉冲解决方案。成果发表于《物理评论快报》。
    3.中科院上海光机所联合团队：时空涡旋串实现“一脉冲多模式”与高速通信应用
    中国科学院上海光机所强场激光物理国家重点实验室联合复旦大学、海南大学等单位，突破传统时空涡旋光“单脉冲单模式”限制，成功在一个超短脉冲内加载数十个STOV（最多达28个），形成“时空涡旋串”。团队创新提出衍射检测法，可一次性读出脉冲内所有STOV的拓扑荷排列，实现快速并行检测；基于该结构开发的“多态横向OAM键控技术（MS-TOAMSK）”，已成功完成128×128像素的图像传输演示。
    《科学进展》审稿人评价该成果“相当有趣且新颖”，并指出其“首次展示了时空涡旋光的实用价值”，为大容量光通信开辟新路径。

    二、新结构与新方法：拓展时空涡旋调控维度
    1.太原科技大学：揭示偏心时空光涡旋紧聚焦特性
    太原科技大学团队聚焦“偏心时空光涡旋”这一新型结构——即时空涡旋与空间涡旋不同心的脉冲波包，通过衍射积分公式与预处理方法，系统研究其经高数值孔径透镜紧聚焦后的光强、相位分布规律。研究发现，聚焦场中会发生显著时空耦合，改变偏心参数可灵活调控时空域相位奇点，进而影响光束强度分布与稳定性。
    该成果为复杂时空光场分布特性研究提供理论基础，对光-物质相互作用、量子信息处理、光学微操控等应用具有重要指导意义，发表于《激光与光电子学进展》2025年第62卷。
    2.复旦大学-香港科技大学联合团队：提出普适性时空涡旋生成方法
    复旦大学物理学系光子晶体课题组与香港科技大学陈子亭教授团队，创新从“动量-频率域”切入，提出适用于多体系的时空涡旋生成通用方法。在光学领域，团队设计具有面内镜面对称性的光子晶体平板，利用“拓扑暗点”（动量-频率域相位涡旋）生成弯曲时空涡线；在跨体系研究中，通过一维衍射光栅的“完美衍射点”，在液体表面波系统中观测到时空涡旋演化过程。
    该方法可推广至电磁波、声波、液体表面波等二维/三维波系统，相关成果分别发表于《纳米快报》（NanoLetters）和《物理评论快报》，为复杂时空波包构造提供全新思路。

    三、应用前景与未来趋势
    当前时空涡旋脉冲技术的突破已呈现“基础研究-技术创新-应用落地”协同推进的态势：在基础研究层面，实现了从“静态调控”到“动态时变”、从“单一模式”到“集群定制”的跨越；在技术层面，分子波片、衍射检测法、动量-频率域调控等创新方法，解决了传统技术的性能瓶颈；在应用层面，已在光通信、强场物理、量子信息、超分辨成像等领域展现明确潜力。

    未来，随着超表面器件、集成光学技术的融入，时空涡旋脉冲系统有望向“小型化、高分辨率、宽带宽”方向发展；同时，其在阿秒成像、超快自旋-轨道耦合研究、大气激光通信等领域的应用探索，或将进一步释放该技术的战略价值，推动光学与信息、物理、材料等学科的交叉创新。