在大多数人的认知中，光总是沿着直线传播的。无论是激光笔发出的红色光束，还是实验室中的高功率激光系统，人们通常都会默认：光会笔直地向前运动。然而，在现代光学研究中，早已突破了这种传统认知。近年来，“结构光”逐渐成为光学领域的重要研究方向，研究人员开始尝试通过调控光场的振幅、相位以及偏振状态，让光呈现出更加复杂甚至“反直觉”的传播行为。例如，有些光束能够沿曲线传播，有些光束能够自动恢复形状，还有一些光束甚至能够在传播过程中自行旋转。

而本期所介绍的工作，正是围绕一种特殊的“会旋转的光”展开（如图1所示）。一种全新的径向自加速光束构造方法，通过叠加 Laguerre-Gaussian（LG）模式，实现了一种能够在自由空间中稳定旋转传播的新型结构光束。与传统方法相比，这种新型光束不仅能够保持较高的传播稳定性，还可以灵活调控旋转方向、旋转速度以及轨道角动量等关键参数，在光学操控、光通信以及精密测量等方向展现出了巨大的应用潜力。

一：什么是径向自加速光束（RSAB）

自加速光束（Self-Accelerating Beam）是近年来光学领域非常重要的一类特殊光场。与传统高斯光束不同，这类光束在传播过程中能够表现出类似“受到外力作用”的运动行为，即使在自由空间中，也能够沿着特定轨迹发生偏移或弯曲。其中最经典的代表就是 Airy 光束，它能够在传播过程中沿抛物线轨迹运动，因此被广泛应用于粒子操控、显微成像以及激光加工等领域。

在众多自加速光束中，径向自加速光束（RSAB）则是一种更加特殊的存在。它最大的特点在于：光束不仅向前传播，同时还会围绕传播轴不断旋转。换句话说，这种光束在空间中的传播轨迹呈现出一种类似“螺旋推进”的状态，因此也被称为具有径向旋转特性的自加速光场。

由于这种独特的旋转传播性质，RSAB在很多方向都展现出了重要价值。例如，在光镊系统中，旋转光场能够对微小粒子施加角动量，实现粒子的旋转操控；在结构光通信领域，旋转模式还能够作为新的信息自由度，提高通信容量。因此，如何稳定地产生并调控RSAB，一直是结构光研究中的热点问题。

二：光束为什么会“自己旋转”

该工作最核心的创新之一，就是揭示了LG-RSAB产生旋转的本质机制。传统意义上，人们往往会认为光束旋转需要依赖外部机械结构或者动态调制设备，但该工作发现，实际上仅仅依靠不同LG模式之间的相位演化，就足以驱动光场在传播过程中自动旋转。

其核心原因在于：不同LG模式在传播过程中会积累不同的 Gouy 相位。当多个模式满足特定关系时，这些相位差会随着传播距离不断变化，从而导致整个干涉图样发生连续旋转。换句话说，真正发生变化的并不是光束本身的位置，而是不同模式之间的干涉结构。

该工作进一步建立了LG模式之间的匹配关系，通过调节模式编号与参数之间的关系，实现了对旋转方向和旋转速度的精准控制。通过这一理论框架，研究人员可以像“搭积木”一样，自由组合不同LG模式，设计出不同类型的旋转光场。相比传统RSAB，这种方法最大的优势就在于其高度可编程性。不再局限于固定结构，而是能够根据实际需求自由设计旋转行为。

三、更多LG模式带来的结构增强

该工作进一步研究发现，随着参与叠加的LG模式数量不断增加，最终形成的LG-RSAB会呈现出更加清晰、更加集中的花瓣结构。

简单来说，当参与叠加的模式越多时：

• 光场能量越集中
• 花瓣边界越锐利
• 光束结构越稳定

这种变化对于很多应用而言都非常重要。

例如，在光学粒子操控中，更集中的光场意味着更强的光学梯度力，从而能够更加稳定地捕获微小粒子。而在光学测量系统中，更清晰的旋转结构也能够提高角度测量精度，降低噪声干扰。

四、仿真结果

Y.Zhao, W.Yan, Z.Yuan, et al. “Tailoring Radial Self-Accelerating Beam With Laguerre-Gaussian Modes.” Laser & Photonics Reviews (2026): e02987.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/lpor.202502987

LG-RSAB相位分布及光强分布

LG-RSAB Intensity Evolution

LG-RSAB在聚焦平面的能流分布

旋转控制

Intensity concentration vs number of LG modes