二次谐波涡旋激光束（Second-harmonic vortex laser beam）是一种典型的矢量光束，即在产生二次谐波信号的同时使其具有螺旋型波阵面，它在高容量光通信和非线性微纳光器件中有潜在应用前景。然而，目前的二次谐波涡旋激光束产生器受到设计复杂，二次谐波转化效率低的限制，仅能产生具有较小拓扑荷数的二次谐波涡旋激光束。针对这个问题，王凯教授、陆培祥教授课题组提出并实验验证了基于准非线性自旋轨道耦合的高阶二次谐波涡旋激光束，先利用金螺旋相位板对入射的基频光相位进行调控，再和具有高二阶非线性极化率的单层WS2作用产生二次谐波。结果表明，金螺旋相位板的准轨道角动量（拓扑荷数q）可以传递到单层WS2所产生的谐波信号上，其拓扑荷数为ln=2nq（n为谐波阶次），实验测得二次谐波涡旋激光束的拓扑荷数高达28，这是现有报道中的最高数值。另外，由于金纳米孔中局域场增强效应可进一步增强其二次谐波转换效率，实验测得其二次谐波转换效率达~10-6量级，比纯贵金属纳米结构提高3个数量级。该工作实现了具有大拓扑荷数的二次谐波涡旋激光束，同时提高了二次谐波转换效率，并且该方法可用于产生更高阶次谐波（如三次、四次谐波等）涡旋激光束，为新型高质量谐波涡旋光束的产生及应用开辟了新的途径。
该工作发表在Science Bulletin 66,449-456 (2021)，第一作者为光电国家研究中心15级博士生赵文超，王凯教授和陆培祥教授为共同通讯作者，该工作受到国家自然科学基金项目（91850113, 11774115和11904271）和973课题（2014CB921301）等的支持。
左图为Au-WS2复合超构表面中准非线性自旋轨道耦合的原理示意图；右图分别为拓扑荷数为8和28的二次谐波涡旋激光束。
