近日，物理与光电工程学院杨文星教授团队在国际光学权威期刊《Optics Express》（中科院二区，IF=3.3）上发表了题为“Spontaneously generated structured light via vortex beams in a five-level atomic system”的研究论文。长江大学为唯一署名单位，博士生张桐为第一作者，水涛副教授和杨文星教授为共同通讯作者。该研究在相干驱动的五能级冷原子系统中创新性地提出了一种利用携带轨道角动量的涡旋光束操控原子自发辐射谱的方案，为结构化光场的产生、光通信与光学存储等领域提供了全新的理论路径。
涡旋光束因其独特的螺旋相位波前和轨道角动量特性，在量子信息、精密测量、空间光通信等前沿领域展现出巨大潜力。然而，如何利用涡旋光束精确调控原子系统的自发辐射谱成为了人们关注的重点。该团队在一个由相干探测场、控制场和射频（或微波）场共同驱动的五能级冷原子系统中研究了涡旋光束诱导的空间依赖自发辐射光谱特性。研究发现，入射涡旋光束的轨道角动量信息能够有效传递至自发辐射谱中，实现光谱空间分布的主动“塑形”。通过调节控制场与射频场的强度与失谐量，可对涡旋诱导的自发辐射谱进行精细化裁剪。尤为重要的是，当控制场与射频场同为涡旋光束时，通过调节其拓扑荷数，可实现对空间自发辐射的相干调控，并观察到依赖轨道角动量的复杂空间分布模式。
团队未来将继续围绕基于量子相干介质的光场调控开展深入研究，推动理论成果向新型光量子器件应用转化。
该研究得到了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金创新群体项目、湖北省教育厅科学研究计划项目、湖北省光学基础研究中心开放课题等多个项目的资助。（审核 水涛 编辑 梁军）
论文链接：https://doi.org/10.1364/OE.583721
