近日，我们光场调控与智能光子学团队在涡旋光的非线性传播动力学研究方面取得重要进展。相关成果已被IEEE旗下权威期刊《Journal of Lightwave Technology》接收发表，题为 “Quasi-Waveguiding and Topological Charge Detection of Vortex Beams via Chlorophyll-Induced Thermal Nonlinearity” 。

涡旋光因其携带轨道角动量（OAM），在光通信、全息成像、信息存储等多个领域展现出广阔的应用前景。研究涡旋光在纳米悬浮液及生物组织等非线性介质中的传播行为，不仅有助于深入理解光流体与粒子之间的微观相互作用，同时也为新型智能光子器件的设计与开发提供了理论依据。

在本研究中，团队系统探讨了涡旋光在叶绿素溶液中传播所引发的非线性动力学行为。通过Z-扫描实验，揭示了叶绿素溶液的热光非线性特性。研究发现，涡旋光在该介质中的非线性效应强度随叶绿素浓度的增加而增强，但随拓扑荷数的增加而减弱。更为有趣的是，当入射光功率逐渐提高时，拓扑荷大于1的涡旋光束将出现空间裂解现象，并在功率超过一定阈值后，形成上下不对称、带有叉状条纹的热对流环结构。这些空间结构中的“裂解数”和“叉形条纹数”均与涡旋光的拓扑荷密切相关。基于热效应的非局域非线性薛定谔方程模型，成功重现并解释了上述实验现象，理论与实验结果高度一致。

本研究不仅首次在叶绿素介质中观察到具有潜在应用前景的准波导效应，还提出了一种简单、绿色、低成本的新方法用于涡旋光拓扑荷的检测。该工作为光通信、光子信息处理以及生物光子学等相关研究提供了新的思路与技术路径。

图 1 不同拓扑荷的涡旋光的非线性传输结果。

工作得到了国家自然科学基金、广西自然科学基金等项目资助。

论文作者：田璐（硕士生），梁显扬（硕士生），张佩羽（硕士生），陈凯键（硕士生），陈荟荷，邹炳锁，洪佩龙（通讯作者），任煜轩，梁毅（通讯作者）。

论文链接：https://doi.org/10.1109/JLT.2025.3529597