（通讯员雷世菁）中山大学物理学院、光电材料与技术全国重点实验室王雪华、刘进教授团队与中国科学技术大学董春华教授团队合作，提出并开发了基于非线性切伦科夫辐射（NCR）机制的纳米光子芯片—自由空间接口新范式，实现了片上非线性过程由单一频率转换拓展至结构光的多自由度调控，为推动片上非线性结构光场调控提供了新路径。相关研究成果以“Nanophotonic chip-space interfaces for multidimensional nonlinear optics”为题于2026年4月3日发表在期刊《自然-材料》上。

图1. 微环谐振腔中的NCR原理与结构光产生。（a）反向传播光子通过χ(2)相互作用，产生平面外和频辐射。

（b）基于三波混频的模型揭示结构化和频波前的形成机制。（c）实现波长与拓扑荷可调的涡旋光束、可控斯格明子的生成，以及时空涡旋脉冲的产生。

研究通过进一步开发新机制、新方法，利用二阶和三阶非线性协同作用，借助铌酸锂薄膜（TFLN）各项异性的非线性系数张量和微环腔增强的NCR效应，实现了非线性结构光学涡旋的空间分布、偏振态、发射波长、拓扑荷以及时空波包等多个维度上的可重构调控。在连续光激发下，该平台首次实现了基于非线性光学产生的可调谐光学斯格明子拓扑态和超过150 nm的近可见光光学频率梳，并携带高达360阶OAM模式出射，创造了新纪录。该研究是首次在近可见光波段实现多维度复杂光场联合调控，为结构光与集成非线性光学的融合提供了新路径，有望推动片上多维光场调控与时空光子学的发展。

中山大学魏敦钊教授、陈波副教授、中国科学技术大学万帅副研究员、中山大学王诣轩硕士为共同第一作者。魏敦钊教授、王雪华教授、董春华教授、刘进教授为论文共同通讯作者。马剑涛博士、常春博士、王丕屿博士、邱贵鑫博士、谭泽林博士、黄晓珊博士、陈岩副研究员对论文亦有重要贡献。国防科技大学江天教授、广东工业大学付松年教授、南开大学薄方教授、上海理工大学詹其文教授为该工作提供了重要指导与帮助。