本所声明  |  联系方式  |  中国科学院  |  数字认证(OA)   |  ARP  |  English  |  邮箱
新闻动态 > 科研动态

上海光机所在时空光涡旋的动力学研究方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室团队在时空光涡旋的动力学研究方面取得进展。相关成果以“Probing Internal Dynamics of Spatiotemporal Optical Vortex Strings: Spatiotemporal Attraction and Filament Stretching”为题，发表于Laser & Photonics Reviews。

时空光学涡旋是携带相位奇点时空结构的光场，在高维信息编码与光通信、阿秒物理、粒子操控等领域展现出巨大应用潜力，但对于单个超短脉冲内多个时空奇点的动力学演化规律，一直缺乏清晰的物理图像与直接的实验观测。针对上述问题，研究团队通过精准调控脉冲色散，结合自主提出的FIRST单次三维测量方法，首次在单个超快时空光涡旋波包中，观测到涡旋的时空吸引与时空成丝湮灭现象，系统揭示了横向轨道角动量奇点的内禀相互作用机制，并验证了该动力学规律在高阶电荷与非对称构型下的普适性。

基于该方法，可观察到两类基本动力学行为。其一为同号涡旋的时空吸引：三个同拓扑荷的奇点随脉冲时域压缩，在空间与时间双维度同步靠近，呈现出反直觉的 “时空吸引” 效应；吸引强度由奇点初始间距决定，间距越近相互作用越强。更高阶或非对称场景下这一基本动力学机制同样有普适性。其二为正负涡旋的时空成丝与湮灭：波包内存在相反旋向的涡旋时，正负奇点相互拉伸为弯曲的丝状暗场结构，奇点湮灭，波包也随之分裂为双瓣结构；全过程总拓扑荷严格守恒，当色散反向扫描时，环形结构还会再次分裂为S形双片。

研究中所有实验观测结果均与理论预测高度吻合，研究同时证实，实际系统中常见的三阶色散不会改变核心动力学行为，具备良好的鲁棒性。这项研究不仅印证了光学与流体力学在拓扑动力学上的跨领域共性，更为超快光场精准调控、阿秒电子束加速、光学加密通信等前沿应用打开了全新的想象空间。

相关工作得到了国家自然科学基金、中国科学院先导专项、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队等项目的支持。

图1：具有(1 1 1)拓扑荷排列的时空光学涡旋反直觉的时空吸引动态演化

图2：具有(1 -1 1)拓扑荷排列的时空光学涡旋的时空成丝和湮灭动态演化

X. Yao, X. Gao, P. Zhu, et al. “Probing Internal Dynamics of Spatiotemporal Optical Vortex Strings: Spatiotemporal Attraction and Filament Stretching.” Laser & Photonics Reviews (2026): e71918.

原文链接

X. Yao, P. Zhu, Y. Yi, et al., “Single-Shot 3D Characterization of Spatiotemporal Wave Packets via a Spatiotemporal Wavefront Sensor (STWFS),” Optica 12, 12 (2025): 1884–1894.

原文链接

附件下载：

copyright 2000- 中国科学院上海光学精密机械研究所 沪ICP备05015387号-1
主办：中国科学院上海光学精密机械研究所 上海市嘉定区清河路390号(201800)

转载本站信息，请注明信息来源和链接。 沪公网安备 31011402010030号


上海光机所
微信公众号

尚光聚力
微信公众号