OES封面 | 多边形广义完美时空光学涡旋：解锁时空涡旋光场调控新维度【西北工业大学与深圳大学联合团队】

针对上述问题，西北工业大学梅霆教授团队联合深圳大学袁小聪教授、张聿全副教授团队，创新性地提出了“广义完美时空光学涡旋”(GPSTOVs)这一概念。作为一类新型的PSTOVs，GPSTOV脉冲同时具备两大显著优势：其一，其光束尺寸不依赖于拓扑荷；其二，其时空轮廓高度可控。在方法上，该团队突破传统复振幅调制思路，提出了一种基于纯相位调制的全新生成策略。该方法的核心是在时空频率域中编码一个具有可控形状的数字锥透镜与涡旋相位，通过对锥透镜参数引入角向调制，实现对光场强度分布的灵活调控。从而，在保持“完美”特性的同时，赋予光场更加丰富的结构形态。此外，由于无需振幅调制，该方法在调制效率和能量利用率方面得到了显著提升。通过对相位参数的精确调控，研究团队成功实现了环形PSTOV脉冲(图1)以及多边形GPSTOV脉冲(图2)的高效生成，实验测得调制效率高达90%以上，明显优于传统方法。

图1 环形完美时空光学涡旋的产生。(a)−(d)分别为拓扑荷ℓ = 2、4、6和8的完美时空光学涡旋的实验测量结果。左上图：x-t平面的强度分布；左下图：x-t平面的相位分布；右图：3D强度等值面分布。(e)和(f)分别展示了空间半径与时间半径随拓扑荷ℓ的变化关系。

除了概念层面的创新外，GPSTOV脉冲还凭借其可控的几何形状，为时空涡旋光场调控引入了新的自由度，从而在多种光学应用中展现出巨大的潜力，包括光通信、粒子操控以及其他需要对超快光脉冲进行精确时空调控的领域。理论上，本研究提出的概念与物理机制还可进一步推广至电磁场之外的其他波动系统，如声波、电子波和水波等，具有一定的普适性。

图2 多边形广义完美时空光学涡旋的产生。(a)和(b)分别为拓扑荷ℓ = 2和6的多边形广义完美时空光学涡旋的实验测量结果。其中，上下两行分别代表x-t平面的强度分布与相位分布。(c)和(d)为沿(a)和(b)中虚线位置提取的1D强度曲线对比结果。

该工作得到了国家自然科学基金项目(项目号62375177，12174310，62575184，12474294，12534017)的支持，以“Polygonal generalized perfect spatiotemporal optical vortices”为题发表在Opto-Electronic Science (光电科学，OES) 2026年第3期，并被选为封面文章。山东理工大学满忠胜教授对该工作提供了重要指导。