近期，中国科学院国家授时中心张首刚、董瑞芳和曹明涛研究员带领的课题组，利用完美混合矢量涡旋光束实现了原子介质的空间量子相干调控。研究成果发表在学术期刊Chinese Physics B，并被遴选为该期主编推荐（Editors’Suggestion）文章。

量子相干作为一种有趣的物理现象被广泛研究。经典的量子相干效应采用正交偏振光场与三能级原子相互作用，两个正交偏振的控制光和探测光同时耦合同一激发态或基态，导致量子通路的干涉相消或相长。矢量光作为一种特殊的结构光场具有空间变化的偏振分布特性，对于研究光与物质的相互作用具有极大的应用潜力。具有螺旋相位波前结构的完美混合矢量涡旋光束(perfect hybrid vector vortex beam，PHVVB)由于其束腰不随拓扑电荷的增大而增大，近年来引起了人们的广泛关注。

本课题组研究了基于原子介质的PHVVB的空间量子相干调制效应，证实了原子相干可以采用空间分离的高阶矢量结构光场建立。通过与重构的光场Stokes参量对比，观察了携带不同拓扑荷（topological charge，TC）的PHVVB在纵向磁场作用下的特异性透射强度分布。结果显示，无论TC如何，PHVVB的传输谱宽都可以有效地保持，然而，在热原子蒸汽中，随着光束尺寸的扩大，透射谱宽略有增加。

混合矢量结构光束与原子介质的相互作用证明了空间分离的独特量子相干现象，对于探索光与原子相互作用中的相干过程具有非常重要的参考价值，有望为量子传感技术和精密磁场测量开辟新的思路。

图1. （a）实验装置图（b）能级配置图（c）完美涡旋光束的产生过程

图2. 塞曼失谐下PHVVB的透射谱。(a)-(c)展示了相同TC不同光束尺寸下透射谱线宽对比。

(d)-(e)分别对应相同光束尺寸不同TC下的透射谱线宽