个人资料
教育经历2002/9 – 2007/7，南开大学，物理科学学院，博士 1998/9 – 2002/7，南开大学，物理科学学院，学士 工作经历2015/1 – 2017/2， 美国加州大学洛杉矶分校，访问学者 2015/1 – 至 今， 南开大学，物理科学学院，教授，博士生导师 2010/1 – 2014/12， 南开大学，物理科学学院，副教授，硕士生导师 2007/7 – 2009/12， 南开大学，物理科学学院，讲师 个人简介李勇男，教授，博士生导师，“弱光非线性光子学”教育部重点实验室副主任。1998年考入南开大学，2002年获得理学学士学位，同年保送攻读南开大学研究生并与2007年获得理学博士学位。2007年留校工作至今，2015年1月至2017年2月在美国加州大学洛杉矶分校做访问学者。目前主要从事光场调控和量子光学方面的研究工作，包括矢量光场调控，高维量子纠缠及光子芯片等。在Science Advances、Light: Science & Applications、Optica、Nature和Nature Communications等国际期刊共发表学术论文90余篇，被引1000余次，授权国家发明专利3项。承担和参与了国家科技部重大研究计划，国家科技部重大科学仪器专项和国家自然科学基金委重点项目等科研项目。担任科技部“量子调控与量子信息”重点专项青年项目答辩评审专家，国家自然科学基金委青年项目和面上项目通讯评审专家，教育部学位中心研究生毕业论文通讯评议专家和天津市企业科技特派员等。2017年入选天津市“131”创新型人才培养工程（第二层次）。受邀担任Nature Communications、Photonics Research和Optics Letters等期刊审稿人。 欢迎具有光学或量子物理背景的本科生报考本课题组博士、硕士研究生。同时，招收光场调控、非线性光学、集成光学和量子光学方面的博士后。有意者请联系：liyongnan@nankai.edu.cn 研究领域1、光场调控 随着对光研究的不断深入和各种需求的驱动，标量光场的局限性已显现出来。光场具有较多的空域自由度（振幅、相位和偏振态），可以想象，若引入空间调控自由度，并能对光场波阵面的偏振态、位相和振幅以及多参量联合进行有效的空域调控，创建具有空间结构和奇特性质的新型空间结构光场，无疑将为操控光传播行为和光场与微结构耦合提供了一条新的思路和途径。针对突破衍射极限问题，空间结构光场的多参量调控显示出独特优势，在超分辨成像及光学微操纵方面具有重要应用。所以，开展光场调控及其与微结构耦合等相关研究，必将发现新效应和新现象、提出新概念和新原理、催生新技术和新应用，对进一步深刻理解“光”、挖掘激光潜能和拓展激光应用等均具有重大科学意义。
2、量子光学 当前，国际上掀起了一场全新的信息技术革命，被称为“第二次量子革命”或“量子信息科学和技术革命”，它是量子物理学与现代信息科学相结合的产物，是以量子力学基本原理为基础，研究信息处理的一门新兴前沿科学。近年来，高维量子纠缠态的制备、调控及应用研究逐渐成为量子物理和量子信息领域的前沿科学问题。相比双光子量子比特纠缠，高维纠缠态在高速运算、增大信息容量和确保信息安全等方面具有独特优势。同时，利用光子高维编码态在量子力学一些基本问题研究方面也具有非常重要的应用。
光子的自旋和轨道角动量作为重要的信息载体，在量子信息科学的基础及应用方面起到了至关重要的作用。尤其光子的轨道角动量，其具有理论上的无限维度和良好的传输特性，成为高维量子物理研究的重要手段，也是进一步提升量子信息容量的重要途径。
目前，对于高维轨道角动量纠缠存在的主要科学问题是：不同维度轨道角动量强度不均衡问题，直接制约了维度的继续提升；轨道角动量维度提高带来的量子纠缠态表征问题，巨大的测量次数和后续的大数据处理增加了定量难度； 如何最大限度地利用轨道角动量的高维特性实现大容量信息传输，这也是量子信息研究的最终目标之一。
实验室部分仪器设备： 实验平台1：
实验平台2：
实验平台3：
超导单光子探测器： 光谱仪：
可调谐激光器1：
可调谐激光器2：
教学工作教学课程情况： 1. 讲授本科生专业课《信息光电子学》 2. 讲授研究生专业课《光电子学》。 3. 指导南开大学本科生创新科研项目和《国家大学生创新性实验计划》项目。 指导学生情况： 博士研究生：
戴 凡（2017级） Email: 2120140128@mail.nankai.edu.cn
王 珂（2018级） Email: kk18236587832@163.com
黄双印（2018级） Email: 2120160176@mail.nankai.edu.cn
王 敏（2019级） Email: 2390944437@qq.com
王梦帅（2021级）
赵嘉娴（2021级） 硕士研究生：
李景（2020级）
王传航（2021级） 本科生： 张 淳 （南开大学百项工程） 马泓睿 （南开大学百项工程） 罗家顺 （南开大学百项工程） 郄 澳 （南开大学百项工程） 毕业学生： 博士研究生：
刘 瑞（2013级） Email: liuruiopt@foxmail.com 毕业去向：中国空间技术研究院第502研究所
吕家琪（2016级） Email: ljq88211991@163.com 毕业去向：河北工业大学，讲师
王周祥（2015级） Email: 15822057771@163.com 毕业去向：中国船舶重工集团公司第七O七研究所，助理研究员
齐文荣（2017级） Email: qiwenrong@mail.nankai.edu.cn 毕业去向：河南师范大学，讲师 硕士研究生：
蔚莹琪（2017级） Email: 2120170182@mail.nankai.edu.cn 毕业去向：郑州一起学教育有限公司 洛阳平行线分校
谢雨晨（2017级） Email: xyc0820@163.com 毕业去向：中国科学院上海光机所
张海涵（2017级） Email: 2120170189@mail.nankai.edu.cn 毕业去向：新东方苏州分校
宋祎杰（2018级） Email: songyijiehappy@qq.com 毕业去向：河南仕佳光子科技股份有限公司
郭丽娟（2017级） Email: 2120170176@mail.nankai.edu.cn 毕业去向：天津市自立中学
田倩倩（2018级） Email: 2120180204@mail.nankai.edu.cn 毕业去向：北京经开区亦庄实验中学 本科生： 刘志峰：（国家大学生创新性实验计划项目）保送南京大学攻读博士学位 孟家伟：（国家大学生创新性实验计划项目）保送北京大学攻读博士学位 刘天昊：（国家大学生创新性实验计划项目）美国迈阿密大学攻读博士学位 王宇韬：（国家大学生创新性实验计划项目）中科院南京天文光学技术研究所攻读硕士学位 吴泽威： 英国布里斯托大学攻读硕士学位 周 寒： 日本早稻田大学攻读硕士学位 张行健： 新加坡国立大学攻读博士学位 李 逸： （天津市大学生创新训练计划项目）保送北京大学攻读博士学位 李纯珍： （天津市大学生创新训练计划项目）美国耶鲁大学攻读博士学位 王振宇： （国家级大学生创新训练计划项目）新加坡国立大学攻读硕士学位 2020年毕业照
2021年毕业照
科研项目在研项目： 1. 国家自然科学基金委面上项目，《基于光场调控的高维轨道角动量纠缠研究》，主持项目（在研）。 2. 国家重点研发计划项目课题，《具有拓扑特性的空间光场产生、调控及与微结构相互作用》，参与项目（在研）。 3. 国家重点研发计划项目课题，《铌酸锂薄膜光子结构中的非线性与频梳应用》，参与项目（在研）。 结题项目： 1. 国家科技部重大科学仪器设备开发专项项目课题，《基于微纳器件的飞秒矢量光场及其微纳结构制备研究》，主持项目（结题）。 2. 国家科技部重点基础研究发展计划（973）课题，《特种材料及构件的高压加工技术及其作用机理》，主持项目（结题）。 3. 国家自然科学基金委面上项目，《多维光量子态空域调控及量子刻蚀研究》，主持项目（结题）。 4. 天津市自然科学基金重点项目，《焦场调控及其微纳结构制备研究》，主持项目（结题）。 5. 国家科技部重大科学研究计划项目课题，《空间结构光场的调控机理、生成技术和新颖性质》，参与项目（结题）。 6. 国家自然科学基金委重点项目，《矢量光场的动态调控：新方法、新效应和应用》，参与项目（结题）。 7. 国家自然科学基金委面上项目，《基于铌酸锂芯片的量子光源》，主持项目（结题）。 8. 国家自然科学基金委重点项目，《空域分形光场的调控、新效应及其潜在应用》，参与项目（结题）。 论文著作ResearcherID: D-3684-2019 （http://www.researcherid.com/workSpacePublications.action） （https://publons.com/researcher/1699731/yongnan-li/publications/ ） 第一作者或通讯作者发表文章： 29. Shuang-Yin Huang, Guan-Lin Zhang, Qiang Wang, Min Wang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, and Hui-Tian Wang*,“Spin-to-orbital angular momentum conversion via light intensity gradient, ” Optica 9, 1231-1236 (2021) 28. Wen-Rong Qi, Rui Liu, Ling-Jun Kong, Zhou-Xiang Wang, Shuang-Yin Huang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, Hui-Tian Wang*, “Double-slit interference of single twisted photons,” Chinese Optics Letters 18, 10 (2020) Editor's Pick 27. Yongnan Li†, Shu-Wei Huang†*, Bowen Li†, Hao Liu†*, Jinghui Yang, Abhinav Kumar Vinod, Ke Wang, Mingbin Yu, Dim-Lee Kwong, Hui-Tian Wang, Kenneth Kin-Yip Wong and Chee Wei Wong*, “Real-time transition dynamics and stability of chip-scale dispersion-managed frequency microcombs,” Light: Science & Applications 9, 52 (2020) (†代表共同作者) 26. Wen-Rong Qi, Rui Liu, Ling-Jun Kong, Zhou-Xiang Wang, Shuang-Yin Huang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, and Hui-Tian Wang*, “Pancharatnam–Berry geometric phase memory based on spontaneous parametric down-conversion,” Optics Letters 45, 682-685 (2020) 25. Ling-Jun Kong, Rui Liu, Wen-Rong Qi, Zhou-Xiang Wang, Shuang-Yin Huang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, and Hui-Tian Wang*, “Asymptotical Locking Tomography of High-Dimensional Entanglement,” Chinese Physics Letters 37, 034204 (2020) Express Letters 24. Guan-Lin Zhang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, and Hui-Tian Wang*, “Observation of polarization topological singular lines,” Photonics Research 7, 705-710 (2019) 23. Ling-Jun Kong, Yongnan Li*, Rui Liu, Wen-Rong Qi, Qiang Wang, Zhou-Xiang Wang, Shuang-Yin Huang, Yu Si, Chenghou Tu, Wei Hu, Fei Xu, Yan-Qing Lu, and Hui-Tian Wang*, “Complete measurement and multiplexing of orbital angular momentum Bell states,” Physical Review A 100, 023822 (2019) 21. Rui Liu, Ling-Jun Kong, Wen-Rong Qi, Shuang-Yin Huang, Zhou-Xiang Wang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, and Hui-Tian Wang, “Compact, robust, and high-efficiency generator of vector optical fields,” Optics Letters 44, 2382 (2019) 20. Rui Liu, Ling-Jun Kong, Yu Si, Zhou-Xiang Wang, Wen-Rong Qi, Chenghou Tu, Yongnan Li*, Hui-Tian Wang*, “Multi-Path Ghost Imaging by Means of an Additional Time Correlation,”Chinese Physics Letters 36, 044205 (2019) 19. Lu, JQ; Li, PP; Wang, D; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Extending optical filaments with phase-nested laser beams,” Photonics Research 6, 1130-1136 (2018) 18. Li, PP; Cai, MQ; Lu, JQ; Wang, D; Liu, GG; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Unveiling of control on the polarization of supercontinuum spectra based on ultrafast birefringence induced by filamentation,” Journal of The Optical Society of Ameraca B-Optical Physics (JOSA-B) 35, 2916-2922 (2018) 17. Lu, JQ; Li, PP; Wang, D; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Control on helical filaments by twisted beams in a nonlinear CS2 medium,” Optics Express 26, 29527-29538 (2018) 16. Liu, R; Kong, LJ; Wang, ZX; Si, Y; Qi, WR; Huang, SY; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Two-Photon Interference Constructed by Two Hong-Ou-Mandel Effects in One Mach-Zehnder Interferometer,” Chinese Physics Letters 35, 090303 (2018) 15. Zhao, MD; Gao, XZ; Pan, Y; Zhang, GL; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Image encryption based on fractal-structured phase mask in fractional Fourier transform domain,” Journal of Optics 20, 045703 (2018) 14. Gao, XZ; Pan, Y; Zhao, MD; Zhang, GL; Zhang, Y; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Focusing behavior of the fractal vector optical fields designed by fractal lattice growth model,” Optics Express 26, 1597-1614 (2018) 13. Gao, XZ; Pan, Y; Zhang, GL; Zhao, MD; Ren, ZC; Tu, CG; Li, YN*; Wang, HT*, “Redistributing the energy flow of tightly focused ellipticity-variant vector optical fields,” Photonics Research 5, 640-648 (2017) 12. 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Si, Y; Kong, LJ; Li, YN*; Tu, CH; Wang, HT*, “Ghost Imaging with High Visibility Using Classical Light Source,” Chinese Physics Letters 33, 034203 (2016) 6. Ren, ZC; Qian, SX; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Focal shift in tightly focused Laguerre–Gaussian beams,” Optics Communications 334, 156-159 (2015) 5. Li, YN; Ren, ZC; Qian, SX; Tu, CH; Wang, HT*, “Analytical formulae of tightly focused Laguerre–Gaussian vector fields,” Journal of Optics，16，105702 (2014) 4. Qian, SX; Li, YN*; Kong, LJ; Tu, CH; Wang, HT*, “Phase conjugation of vector fields by degenerate four-wave mixing in a Fe-doped LiNbO3,” Optics Letters 39, 4907(2014) 3. Pan, Y; Li, YN*; Li, SM; Ren, ZC; Kong, LJ; Tu, CH; Wang, HT*, “Elliptic-symmetry vector optical fields,” Optics Express 22, 19302-19313 (2014) 2. Lou, K; Qian, SX; Ren, ZC; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Femtosecond Laser Processing by Using Patterned Vector Optical Fields,” Scientific Reports 3, 2281 (2013) 1.Li, YN; Wang, XL; Zhao, H; Kong, LJ; Lou, K; Gu, B; Tu, CH; Wang, HT*, “Young's two-slit interference of vector light fields,” Optics Letters 37, 1790-1792 (2012) 近年其他文章： 37. Yue Pan, Xu-Zhen Gao, Guan-Lin Zhang, Yongnan Li, Chenghou Tu, and Hui-Tian Wang*, “Spin angular momentum density and transverse energy flow of tightly focused kaleidoscope-structured vector optical fields,” APL Photonics 4, 096102 (2019) 36. Yue Pan, Meng-Shuai Wang, Xu-Zhen Gao, Xu Zhang, RenDe Ma, Yongnan Li, Chenghou Tu, and Hui-Tian Wang*, “Energy transfer of the tightly focused hybridly polarized vector optical fields with elliptic symmetry in free space,” Journal of The Optical Society of Ameraca A-Optical Physics (JOSA-A) 36, 1898-1907 (2019) 35. Yue Pan, Xu-Zhen Gao, Xu Zhang, Jia-Hao Zhao, Peng-Cheng Zhao, Yongnan Li, Chenghou Tu, and Hui-Tian Wang*, “Diffraction properties and applications of spatially structured optical fields with fractal amplitude masks,” Applied Optics 58, 8631-8637 (2019) 34. Zhou-Xiang Wang, Yu-Chen Xie, Han Zhou, Shuang-Yin Huang, Min Wang, Rui Liu, Wen-Rong Qi, Qian-Qian Tian, Ling-Jun Kong, Chenghou Tu, Yongnan Li, Hui-Tian Wang*, Chinese Physics Letters 36, 124207 (2019) 33. Zhouxiang Wang, Yuchen Xie, Shuangyin Huang, Han Zhou, Rui Liu, Zhifeng Liu, Min Wang, Wenrong Qi, Qianqian Tian, Lingjun Kong, Chenghou Tu, Yongnan Li, and Huitian Wang*, “Propagation characteristics of orbital angular momentum modes at 810 nm in step-index few-mode fibers,” Chinese Optics Letters 17, 120601 (2019) 32. Meng-Dan Zhao, Xu-Zhen Gao, Qiang Wang, Guan-Lin Zhang, Ke Wang, Fan Dai, Dan Wang, Yongnan Li, Chenghou Tu, and Hui-Tian Wang*, “Multifractal vector optical fields,” Optics Express 27, 20608-20620 (2019) 31. 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Cai, MQ; Wang, ZX; Liang, J; Wang, YK; Gao, XZ; Li, YN; Tu, CH; Wang, HT, “High-efficiency and flexible generation of vector vortex optical fields by a reflective phase-only spatial light modulator,” Applied Optics 56, 6175-6180 (2017) 22. Li, PP; Cai, MQ; Lu, JQ; Wang, D; Liu, GG; Qian, SX; Li, YN; Tu, CH; Wang, HT, “Control of femtosecond multi-filamentation in glass by designable patterned optical fields,” AIP ADVANCES 6, 125103 (2016) 21. Li, SM; Ren, ZC; Kong, LJ; Qian, SX; Tu, CH; Li, YN ; Wang, HT, “Unveiling stability of multiple filamentation caused by axial symmetry breaking of polarization,” Photonics Research 4, B29-B34 (2016) 20. Pan, Y; Gao, XZ; Cai, MQ; Zhang, GL; Li, YN; Tu, CH; Wang, HT, “Fractal vector optical fields,” Optics Letters 41, 3161-3164 (2016) 19. Cai, MQ; Li, PP; Feng, D; Pan, Y; Qian, SX; Li, YN; Tu, CH; Wang, HT, “Microstructures fabricated by dynamically controlled femtosecond patterned vector optical fields,” Optics Letters 41, 1474-1477 (2016) 18. 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Kong, LJ; Li, YN; Qian, SX; Li, SM; Tu, CH; Wang, HT, “Encryption of ghost imaging,” Physical Review A 88, 013852 (2013) 6. Pan, Y; Li, SM; Mao, L; Kong, LJ; Li, YN; Tu, CH; Wang, P; Wang, HT, “Vector optical fields with polarization distributions similar to electric and magnetic field lines,” Optics Express 21, 16200-16209 (2013) 5. Li, SM; Li, YN; Wang, XL; Kong, LJ; Lou, K; Tu, CH; Tian, YJ; Wang, HT, “Taming the Collapse of Optical Fields,” Scientific Reports 2, 1007 (2012) 4. Lou, K; Qian, SX; Ren, ZC; Wang, XL; Li, YN; Tu, CH; Wang, HT, “Self-formed two-dimensional near-wavelength microstructures on copper induced by multipulse femtosecond vector optical fields,” Journal of The Optical Society of Ameraca B-Optical Physics (JOSA-B) 29, 2282-2287 (2012) 3. Lou, K; Qian, SX; Wang, XL; Li, YN; Gu, B; Tu, CH; Wang, HT, “Two-dimensional microstructures induced by femtosecond vector light fields on silicon,” Optics Express 20, 120-127 (2012) 2. Wang, XL; Chen, J; Li, YN; Ding, JP; Guo, CS; Wang, HT, “Optical orbital angular momentum from the curl of polarization,” Physical Review Letters 105, 253602 (2010) 1. Wang, XL; Li, YN; Chen, J; Guo, CS; Ding, JP; Wang, HT, “A new type of vector fields with hybrid states of polarization,” Optics Express 18, 10786-10795 (2010) 获授权发明专利： 1.《一种能实现光速减慢的亚波长金属微结构阵列》，陈璟, 康明, 王慧田, 李勇男, 汪喜林, 娄凯, 李思黾 ，CN200910228033.0，中国 2.《一种飞秒激光直写制备微孔阵列的系统和方法》，李勇男，娄凯，钱升霞，涂成厚，王慧田，CN 103071930，中国 3.《一种基于动态调控的焦场轨迹制作微结构的装置》，涂成厚，蔡孟强，李萍萍，潘岳，李勇男，王慧田，ZL201510860470.X ，中国 4.《一种基于飞秒激光的菲涅尔波带片阵列制作方法及应用涂成厚》，蔡孟强，潘岳，戴凡，李勇男，王慧田，ZL201610720185.2，中国 5.《一种集成化的矢量光场生成器》，刘瑞，孔令军，齐文荣，田倩倩，李勇男，涂成厚，王慧田，201910096306.4，中国 6.《一种量子螺旋成像系统》，刘瑞，孔令军，齐文荣，王周祥，李勇男，涂成厚，王慧田，201910210865.3，中国 学术交流[学术报告]：Shuang-Yin Huang，“Spin to orbit conversion based on intensity gradient”，CLEO2021，2021.5（Oral） [学术报告]：李勇男，“光场角动量调控及应用”，LTO2021，上海，2021.6.4（邀请报告） [学术报告]：李勇男，“Vectorial optical fields and its nonlinear applications”，AOPC2021，北京，2021.7.24（邀请报告） [学术报告]：李勇男，“微腔中色散管理孤子的研究”，2021集成光子学大会，成都，2021.6.19（邀请报告） [学术报告]：李勇男，“空间结构光场调控及应用”，第五届原子分子物理与光物理研讨会，济南，2020.10.16（邀请报告） [学术报告]：Yongnan Li and Hui-tian Wang, “Structured Light:manipulation and application,” The 7th Conference on Advances in Optoelectronics and Micro/nano optics, Xi’an, 2018（Invited talk） [学术报告]：李勇男，“微腔中的色散管理孤子研究”， 2018年微腔光频梳研讨会，天津（邀请报告） [学术报告]：李勇男，“高维轨道角动量纠缠的研究” ，量子技术研讨会，天津（邀请报告） [学术交流]：李纯珍（本科生）于2019年6月-9月访问美国University of Michigan，合作导师Prof Hui Deng [学术交流]：葛宇（本科生）于2019年6月-9月访问美国The University of Arizona，合作导师Prof Zheshen Zhang [学术交流]：张行健（本科生）于2018年7月-11月访问澳大利亚University of Western Sydney，合作导师Prof Rong Liu [学术交流]：张行健（本科生）于2019年7月-12月访问美国University of Colorado，合作导师Prof Shuwei Huang [学术交流]：王振宇（本科生）于2019年6月-9月访问日本University of Tokyo，合作导师Prof Haozhao Liang [学术交流]：美国University of Colorado Prof Shuwei Huang于2018年12月14-15日访问课题组并进行科研合作交流 荣誉奖励2017年入选天津市“131”创新型人才培养工程（第二层次）。 学术成果1、设计并生成具有特殊对称性的空间结构光场 打破柱对称分布，首次在椭圆坐标系中构造了具有椭圆对称性的局域线偏振矢量光场，呈现出多偏振奇点特性，为奇点光学研究提供了新的途径；提出并生成了一种新型的椭偏率空间变化的矢量光场，配合不同位相掩膜版，可得到具有丰富横向能流分布的紧聚焦场，进而应用于光学微操纵等领域。相关研究结果发表在《Physical Review A》、《Photonics Research》和《Optics Express》上。
2、提出新颖轨道角动量，发展轨道角动量的描述理论 首次提出了基于空间偏振旋度的新型轨道角动量，设计并生成了一种具有任意可变轨道角动量且可稳定传输的新颖矢量光场，利用光学微操纵间接验证了新型任意轨道角动量的存在，为可稳定传输的分数阶轨道角动量提供了新的思路；从微观模型出发，建立了光子平均轨迹理论方程，发现携带轨道角动量的光子存在横向平均轨迹梯度，揭示了轨道角动量使粒子发生旋转的物理机制，加深了对光的轨道角动量的理解，此概念在光学轨道角动量精密测量方面具有潜在的应用。相关成果发表在《Scientific Reports》和《Physical Review A》。
3、提出基于光场调控实现可控光学成丝的新思路 利用同轴位相嵌套光束构造纵向延伸的能量背景池，实现成丝及后续的能量补充，相比传统高斯光束成丝，将光丝延长约7.6倍，且能有效抑制多丝产生，使通过调制参数优化实现高质量超长光丝成为可能；提出了利用扭曲光束实现数量固定、模式稳定且旋转角速度匀速可控螺旋光丝的新方法，相比以往的螺旋光丝，旋转角速度提升了约15倍。相关工作发表于《Photonics Research》和《Optics Express》上。
4、高维量子态调控，实现国际最高维度类贝尔态测量 研究了“复合式“ 双光子干涉现象，提供了丰富的双光子干涉现象，深入理解了双光子的量子干涉物理现象，可用来制备带有可调权重因子的N00N量子态。该研究成果发表于《Chinese Physics Letters》并被作为编辑推荐报道；通过设置不同路径长度，对双光子引入额外时间关联，同时实现了不同路径中的物体鬼成像，对比度达87.2%，为多参量鬼成像提供了新思路，该研究成果发表于《Chinese Physics Letters》并被作为编辑推荐报道；利用偏振-轨道角动量，制备了8维度超纠缠类贝尔态，实验上实现了8个超纠缠类贝尔态的相互转化。建立了单光子水平上8个高维超纠缠类贝尔态完全区分的理论模型，通过优化找到最简单的变换矩阵和测量基矢，并在实验上验证，将量子通信单通道容量从原来的2比特提高到3比特，拓展了轨道角动量在量子信息中的应用。相关工作发表于《Science Advances》上。
5、涡旋光子的双缝干涉 光子的一个特殊性质，即轨道角动量(OAM)，由螺旋波前为exp(ilϕ)的涡旋光束所携带，其中l表示螺旋模式指数或拓扑荷，而ϕ表示垂直于传播方向平面上的方位角坐标。与光的不同物理维度，如偏振、波长和时间一样，OAM作为一种新的自由度和独立的物理维度也可以用来承载独立的信息通道。量子力学上，涡旋光束携带的OAM则是每光子具有离散值lħ (ħ是约化普朗克常数)。特别地，因OAM在理论上具有无限维的正交性和完备性，为光学和量子超高容量信息处理打开了大门。 光子作为一个基本粒子具有波粒二象性。在双缝干涉中，每个光子经过某一路径到达观测点并发生自干涉，而表现出粒子性；同时大量光子干涉的行为统计表现出概率分布的波动性。但是，携带角动量的涡旋光子在双缝干涉中的量子特性尚不清楚。 我们基于平均光子轨迹(APTs)，从理论上描述了携带OAM涡旋单光子在双缝干涉中的干涉行为。不确定性原理表明，人们不可能讨论量子粒子的确定轨迹，因为任何位置测量都不可撤销地干扰动量，反之亦然。然而，它允许定义一组量子粒子的平均轨迹。因此，平均光子轨迹可以间接地描述光子的类粒子行为。模拟结果表明，平均光子轨迹具有明显的螺旋结构，这意味着涡旋光子的传播速度低于既定的光速。平均光子轨迹的端点概率变为周期性弯曲条纹，反映了涡旋光子的波动特性。实验上利用非线性晶体中自发参量下转换效应产生的关联光子对作为单光子源，其中一个光子经调制后携带轨道角动量并入射到双缝上作为信号光子，另一光子作为闲频光子入射至单光子探测器产生电信号用以触发ICCD相机。时间门控ICCD相机最大限度保证光子被单独探测并有效降低噪声。在较短曝光时间下，ICCD相机记录的探测点在空间随机分布，说明光子在空间传播的粒子性。持续增加曝光时间，探测点的空间分布逐渐表现出规律性的弯曲条纹状，正如理论模拟结果。该工作为理解微观量子行为提供了一种直观方法，并且所提出的方法也可用于探索其它量子粒子的微观行为，若借助更先进、更灵敏的量子检测技术，螺旋粒子的类螺旋性质可应用于量子精密测量。研究工作发表在[Chinese Optics Letters 18, 10 (2020)]，并被选为Editor’s Pick。
6、高维纠缠的渐近锁定层析 量子纠缠是量子信息处理中至关重要的一种资源，一直以来都是国际学术界研究的焦点。光子的偏振纠缠调控手段已相对成熟并应用于量子密集编码、量子密钥分发、量子隐形传态和纠缠交换等多种量子协议中。但是，因受其维度的限制，基于偏振Bell态的量子协议中，单粒子编码的信息量限制在2比特以内。高维纠缠是打破这一限制的重要途径，且相对于二维纠缠具有更强的鲁棒性。然而，若要利用高维纠缠态，先决条件之一就是能对其进行定量标定，可通过量子态层析实现。虽然目前已报道了几种量子态层析方法，诸如传统的量子态层析、无偏量子态层析和对称信息量子态层析等，但是这些方法随着纠缠维度的提高，所需的测量急剧增加（~d4），实用性大大降低，极大地妨碍了高维纠缠优势的发挥，限制了更广泛和深入的应用。因此，找到一种高效且实用的量子态层析方法是亟需解决的关键问题。 我们提出了一种非常实用的高效量子态层析方法—渐近锁定层析(ALT)。该方法只需<2d2的测量，即可获得双光子d维纠缠态的密度矩阵。在渐近锁定量子态层析中，对于一个未知的两粒子纯态，首先选择该量子态Hilbert空间中的一组正交完备基作为第一组测量基矢。例如，对于偏振纠缠态，可以选择水平偏振和竖直偏振{|H〉, |V〉} (或{|H〉+|V〉, |H〉-|V〉})为第一组基矢；对于轨道角动量纠缠态，选择拉盖尔-高斯模式{|m〉}为第一组基矢；对于自旋-轨道角动量超纠缠态，选择{|Hm〉,|Vm〉}为第一组基矢。基于两体符合计数测量结果，获得待测量子态在第一组基矢下的概率幅系数矩阵N'。为了进一步获得待测量子态在第一组基矢下的相位信息，需要选择第二组测量基矢，该步骤是渐近锁定层析的关键。一个合适的第二组基矢由第一组基矢、概率幅系数矩阵N'以及文章所提出的判定标准这三方面共同决定。将第二组测量基矢得到的概率幅系数矩阵记为N''。最后，基于N'、N''、第二组基矢和第一组基矢之间的变换矩阵，建立非线性方程组；解此非线性方程组即可锁定待测量子态的相位信息，从而得到密度矩阵。我们提出了一种类反馈测量策略，将第一组基矢的测量结果作为反馈信息制定判定标准。基于实验上制备的双光子自旋-轨道角动量4维超纠缠态，文章验证了该方法的可行性，为高维量子态层析提供了一种全新的高效手段，有望成为高维量子态表征的标准方法之一。此方法不仅适用于双粒子高维纯态，还可用于多粒子高维纯态以及一些特殊的混合态，具有一定的普适性，有望推动高维量子纠缠更加深入和广泛的应用。研究工作以Express Letters形式发表在[Chinese Physics Letters 37, 034204 (2020)]。
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