近日，溫州大學(xué)數(shù)理學(xué)院顏利芬/張棟老師團(tuán)隊(duì)首次預(yù)測(cè)了在貝塞爾光晶格中穩(wěn)定存在的“花瓣?duì)睢狈謹(jǐn)?shù)階渦旋孤子，為光場(chǎng)調(diào)控與應(yīng)用帶來(lái)了新方法。該成果以《Petal-like vortex solitons with fractional angular momentum in Bessel optical lattices》為題發(fā)表在中科院一區(qū)期刊《Chaos, Solitons & Fractals》（混沌、孤立子與分形）上。顏利芬老師是第一作者，顏利芬老師和張棟老師為共同通訊作者。

傳統(tǒng)光學(xué)渦旋的拓?fù)浜赏ǔ檎麛?shù)，其光強(qiáng)呈均勻環(huán)狀。而分?jǐn)?shù)渦旋雖具有獨(dú)特的開(kāi)口光環(huán)和連續(xù)可調(diào)的角動(dòng)量，但難以穩(wěn)定傳輸，限制了其應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將分?jǐn)?shù)階渦旋光束與自散焦非線(xiàn)性介質(zhì)中的貝塞爾光晶格相結(jié)合，預(yù)測(cè)了一種新的自束縛光場(chǎng)形態(tài)。

圖1 “花瓣?duì)睢狈謹(jǐn)?shù)階渦旋孤子的光場(chǎng)和相位分布。

這種新型孤子最顯著的特征是其光強(qiáng)圖案呈現(xiàn)奇數(shù)的“花瓣”狀結(jié)構(gòu)（如1、3、5瓣等），完全不同于傳統(tǒng)具有偶數(shù)瓣的“項(xiàng)鏈”孤子。研究顯示，在傳播常數(shù)超過(guò)臨界值后，花瓣孤子能在晶格中穩(wěn)定傳輸，其每個(gè)光子攜帶的角動(dòng)量可連續(xù)調(diào)節(jié)。更有趣的是，當(dāng)傳播常數(shù)達(dá)到上限時(shí)，它會(huì)平滑演變?yōu)閭鹘y(tǒng)的整數(shù)渦旋環(huán)，展現(xiàn)了豐富的相變行為。

該研究通過(guò)詳盡的線(xiàn)性穩(wěn)定性分析和直接數(shù)值模擬證實(shí)了理論預(yù)測(cè)的可靠性。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，花瓣數(shù)量越多，孤子穩(wěn)定存在的參數(shù)范圍越窄，對(duì)晶格深度的要求也越高。這些特性為在光晶格中精確捕獲和調(diào)控分?jǐn)?shù)角動(dòng)量光束提供了全新理論框架。這項(xiàng)成果不僅深化了對(duì)分?jǐn)?shù)渦旋物理本質(zhì)的理解，更在光學(xué)信息處理、粒子微操縱及新型激光器設(shè)計(jì)等方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

文章DOI：https://doi.org/10.1016/j.chaos.2026.117893