我院范滇元院士团队章礼富副教授课题组在Elsevier出版集团旗下的非线性科学交叉研究领域高水平期刊《Chaos, Solitons & Fractals》（中科院大类一区，TOP期刊，影响因子: 9.922）上发表了题为“Higher-charged vortex solitons in harmonic potential”的研究论文。博士生刘东帅为论文第一作者,章礼富副教授为论文通讯作者，深圳大学为唯一完成单位和通讯单位。

光孤子是非线性效应与衍射（或色散）效应相平衡时形成的一种稳定的局域波包。由于涡旋孤子携带轨道角动量且存在螺旋相位，导致其在角向变得不稳定；而高拓扑电荷数涡旋孤子更容易出现角向调制不稳定，从而引起孤子分裂。本项工作基于谐振势调制的三-五阶非线性薛定谔方程，研究发现竞争型非线性引起的折射率调制能有效抑制涡旋孤子分裂，使得携带高拓扑电荷数的涡旋孤子能够稳定存在，为实验研究非线性系统中的稳定高拓扑荷数涡旋孤子提供新思路。

本项工作创新点为，通过谐振势阱调制三-五阶非线性介质，在理论上发现了携带高拓扑电荷数(m=9)的涡旋孤子能够稳定存在。该系统中，涡旋孤子在同一传播常数区间存在两个不同的功率分支。携带单电荷数(m=1)的涡旋孤子在相同区间的不同功率分支都能够稳定存在；携带多电荷数的涡旋孤子在功率较大时稳定存在。研究结果揭示了一种实现高拓扑电荷数涡旋孤子的新方法，也为其他非线性系统（如玻色-爱因斯坦凝聚）中高拓扑电荷数物质波涡旋孤子的研究开辟了新视角。

图 1 稳定(a, c, e)和不稳定(b, d, f)涡旋孤子传播模拟

该工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金项目和深圳大学“荔园优青”等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.chaos.2023.113422