物理学教授，与光同行

　　4月16日，在第二届旋涡光场调控与应用论坛结束后的第二天，电子科技大学物理学院副院长、教授杨元杰迎来了难得的空档，采访得以进行。他是论坛执行主席，连续3天的高强度输出后，嗓子略显沙哑。

　　这场论坛，涉及杨元杰的“老本行”——涡旋光。涡旋光场是近年来光学领域的一个前沿方向和研究热点。在光的“迷宫”中，有很多诗篇般迷人的规律，找到它们并用以改变世界，这位物理学教授乐在其中。

迷人的涡旋

　　就在1个多月前，杨元杰的团队成功研制出意念控制的光镊系统，运用的正是涡旋光。

　　“不需要触碰任何实物，仅凭意念就可以操控光场。”聊起第一次见证“隔空取物”，杨元杰仍难掩兴奋。

　　随着脑机接口技术的发展，隔空取物似乎已经不是新鲜事，而这一次，“物”是微米和纳米量级粒子，比头发丝还要细得多；“取”的工具，则是脑电信号控制的涡旋光光镊。

　　光镊，又叫光学捕获，是一种利用聚焦激光束的光力对微米和纳米量级粒子进行操纵和捕获的“镊子”。

　　佩戴脑电设备的操作人员，利用脑电信号直接控制空间光调制器，将入射光束调制成不同的涡旋光束，再通过物镜聚焦形成涡旋光阱。

　　顺时针、逆时针，聚苯乙烯微球随指令缓缓旋转。这是人脑智能和光学操纵的首次结合，标志着脑机接口技术来到了微米和纳米量级，未来在生物医学等领域有望大展拳脚。

　　光，不断带给杨元杰灵感，也带来惊喜。1992年，英国学者艾伦发现，涡旋光的光子可以携带轨道角动量，这意味着，涡旋光在光通信、量子通信和密码学、光镊等领域具有广泛应用前景，将这一领域推向了世界最前沿。

　　2009年，杨元杰到英国圣安德鲁斯大学进行博士后研究。进组第一天，课题组负责人基尚·多拉基亚教授递过一本光学涡旋论文集，为他打开了涡旋光研究的大门。

　　而涡旋光也很快回应了这位“新朋友”。要“操控”涡旋光，测量其中的重要参数轨道角动量（拓扑荷数）十分关键。在阅读大量文献后，杨元杰发现，绝大多数研究都局限于完全相干光束的理想情况，而实际光源产生的光束都是部分相干光束。

　　“部分相干光束的拓扑荷数就不能测量了吗？”杨元杰认为，没有什么不可能。经过不断思考，他终于找到了测量部分相干涡旋光拓扑荷数的方法，并推导出一个关系式，在世界上首次展示了部分相干涡旋光中3个重要参数的内在联系。后来，这个公式也多次被国际同行应用。

“笨”鸟先飞

　　杨元杰的社交软件昵称叫“笨笨”。他自嘲，在学生时期他是老师眼中的“笨学生”，喜欢“唱反调”，永远在问“为什么”。

　　杨元杰的儿子也继承了这种“笨”。在他五六岁的时候，会拉着爸爸问：山越高离太阳越近，为什么山顶还会那么冷？地上有很多细菌，那么多人走路怎么不会把它们踩死？

　　“要搞研究，这种‘笨’很有必要。”杨元杰总结。早些年，他闲时喜欢写几句诗。“诗以奇趣为宗，反常合道为趣。”出人意料又入人意中，是诗歌带来的乐趣。

　　与光同行，在光上“作诗”，也是他享受的过程。发问带来的发现，同样有趣。

　　2017年，杨元杰在物理类国际顶级期刊《物理评论快报》发布了一项研究成果。他对比研究国际上很多产生涡旋光束的方法，发现了一种非常有趣的现象：很多方法都用到了旋转对称的结构。

　　“知道是怎么做的，而没有解释为什么这种结构可以产生特定的涡旋光束。”杨元杰认为，这绝对不是巧合。通过深入研究分析和严密数学公式推导，他发现了隐藏于这类现象背后的一个共同的物理规律——轨道角动量选模原理。

　　根据这一原理，他成功设计了能够产生复合涡旋电子束的电子筛，并且在实验上首次得到了具有三重简并结构的复合涡旋电子束，在磁性材料学等领域有着重要的应用价值。

　　杨元杰还在不停地“作诗”，发现新的“反常”。比如，不同于常见的闭合圆环状的涡旋光束，他和团队发现了开口的涡旋，只有半个环或者四分之三环，但同样能够形成稳定的传输。

　　开口涡旋光束、反常涡旋光束、反常贝塞尔光束……杨元杰与合作者提出了多种新型的涡旋光束模型，被国内外同行引用两百余次。十几年前初出茅庐的中国学者，不断给涡旋光领域带来新的惊喜。

　　下一首关于光的“诗”，怎么写？面对这个问题，杨元杰沙哑着嗓子说：“继续探索、发现，与光同行。”