近日，浙江农林大学光机电工程学院非线性光学应用团队张慧聪老师，在Elsevier出版集团旗下的非线性科学交叉研究领域国际高水平期刊《Chaos,Solitons & Fractals》（中科院一区TOP期刊，影响因子: 5.6）发表了题为“Vector vortex chaoticons induced by interaction and nonlocal modulation in nematic liquid crystals”的研究论文。张慧聪老师为该论文的共同第一作者兼通讯作者，硕士研究生岳晓健为该论文的共同第一作者，浙江农林大学光机电工程学院为唯一通讯单位。这也是张慧聪老师今年以来在该期刊上发表的第三篇文章。
光学涡旋因其携带轨道角动量和螺旋相位结构而在光学操控、光通信等领域具有巨大应用潜力。然而，高阶涡旋光束在非线性介质中传播时，往往因角向调制不稳定性而发生分裂甚至演变为混沌。如何将这种“不稳定性”从阻碍转化为可主动利用的资源，是非线性光学领域的一个重要挑战。针对这一问题，该论文在向列相液晶这一具有可调非局域响应的典型非线性介质中，提出了矢量涡旋混沌子（Vector Vortex Chaoticon）的概念。这是一类既具有孤子特性又具有混沌特性的新颖光束。
图1向列相液晶中的标量涡旋孤子、混沌光和矢量涡旋混沌子
研究揭示了矢量涡旋混沌子的两种可控生成机制。其一是”相互作用诱导机制“：让一个稳定的低阶涡旋孤子与一个不稳定的高阶涡旋混沌同轴传播，通过共享的非线性折射势阱实现双向特性交换——涡旋混沌从涡旋孤子处获得孤子般的局域特性，而涡旋孤子则从涡旋混沌处获得混沌特性。通过调节两分量间的功率比，可实现矢量光束在“混沌-混沌态”、“混沌子-混沌子态”和“孤子-孤子态”三种动力学状态间的连续切换。其二是“非局域度调制机制“：沿纵向改变介质的特征非局域长度，根据调制深度的不同，可将一个矢量涡旋孤子分别转化为周期性脉动的矢量涡旋呼吸子、伴随光束发散与能量辐射的矢量涡旋混沌，或兼具混沌动力学与空间局域化的矢量涡旋混沌子。
图2向列相液晶中的矢量涡旋混沌子
该工作将涡旋的固有混沌性从需要抑制的缺陷转化为可主动利用的资源，为非线性光学场调控提供了全新思路。所提出的矢量涡旋混沌子兼具伪随机性与高度局域性——伪随机性意味着信息难以被破解，而局域性意味着信息在传输过程中不会丢失，在混沌保密通信等领域具有潜在应用前景。
该研究得到国家自然科学基金（编号：12404350）的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.chaos.2026.118777
(图文：张慧聪,审核：姚立健,终审：陈培金)
