在研项目：

3, 国家自然科学基金委面上项目，《基于光场调控的高维轨道角动量纠缠研究》，主持项目（在研）

2, 国家重点研发计划项目课题，《铌酸锂薄膜光子结构中的非线性与频梳应用》，参与项目（在研）

1, 国家自然科学基金委重点项目，《新颖空间结构光场及其非线性调控和潜在应用研究》，参与项目（在研）

结题项目：

9, 国家科技部重大科学仪器设备开发专项项目课题，《基于微纳器件的飞秒矢量光场及其微纳结构制备研究》，主持项目（结题）。

8, 国家科技部重点基础研究发展计划（973）课题，《特种材料及构件的高压加工技术及其作用机理》，主持项目（结题）。

7, 国家自然科学基金委面上项目，《多维光量子态空域调控及量子刻蚀研究》，主持项目（结题）。

6, 天津市自然科学基金重点项目，《焦场调控及其微纳结构制备研究》，主持项目（结题）。

5, 国家科技部重大科学研究计划项目课题，《空间结构光场的调控机理、生成技术和新颖性质》，参与项目（结题）。

4, 国家自然科学基金委重点项目，《矢量光场的动态调控：新方法、新效应和应用》，参与项目（结题）。

3, 国家自然科学基金委面上项目，《基于铌酸锂芯片的量子光源》，主持项目（结题）。

2, 国家自然科学基金委重点项目，《空域分形光场的调控、新效应及其潜在应用》，参与项目（结题）。

1, 国家重点研发计划项目课题，《具有拓扑特性的空间光场产生、调控及与微结构相互作用》，参与项目（结题）。

在研项目：

3, 国家自然科学基金委面上项目，《基于光场调控的高维轨道角动量纠缠研究》，主持项目（在研）

2, 国家重点研发计划项目课题，《铌酸锂薄膜光子结构中的非线性与频梳应用》，参与项目（在研）

1, 国家自然科学基金委重点项目，《新颖空间结构光场及其非线性调控和潜在应用研究》，参与项目（在研）

结题项目：

9, 国家科技部重大科学仪器设备开发专项项目课题，《基于微纳器件的飞秒矢量光场及其微纳结构制备研究》，主持项目（结题）。

8, 国家科技部重点基础研究发展计划（973）课题，《特种材料及构件的高压加工技术及其作用机理》，主持项目（结题）。

7, 国家自然科学基金委面上项目，《多维光量子态空域调控及量子刻蚀研究》，主持项目（结题）。

6, 天津市自然科学基金重点项目，《焦场调控及其微纳结构制备研究》，主持项目（结题）。

5, 国家科技部重大科学研究计划项目课题，《空间结构光场的调控机理、生成技术和新颖性质》，参与项目（结题）。

4, 国家自然科学基金委重点项目，《矢量光场的动态调控：新方法、新效应和应用》，参与项目（结题）。

3, 国家自然科学基金委面上项目，《基于铌酸锂芯片的量子光源》，主持项目（结题）。

2, 国家自然科学基金委重点项目，《空域分形光场的调控、新效应及其潜在应用》，参与项目（结题）。

1, 国家重点研发计划项目课题，《具有拓扑特性的空间光场产生、调控及与微结构相互作用》，参与项目（结题）。

代表性成果简介

高维量子态调控，实现国际最高维度类贝尔态测量

研究了“复合式“ 双光子干涉现象，提供了丰富的双光子干涉现象，深入理解了双光子的量子干涉物理现象，可用来制备带有可调权重因子的N00N量子态。该研究成果发表于《Chinese Physics Letters》并被作为编辑推荐报道；在实验上生成了形式为2维自旋×4维轨道角动量的8维类Bell态，再通过由简单的光学元件组合即可实现的幺正变换来制备其他的类Bell态，最终实现了八个8维类Bell态的制备，并在理论和实验上证明了这八个类Bell态是可以完全区分的。在已报道出来的结果中，此研究为目前能够完全区分的数量最多的类Bell态，为实现量子协议的3比特信道容量提供了一条重要途径，也为扩展轨道角动量这一自由度在量子信息技术中的应用打开了大门。研究成果发表于《Science Advances》。

光场的局域角动量调控

在2000年，光的轨道角动量提出者Allen教授等提出一个问题：是否可以通过控制强度分布（即振幅）实现光的角动量调控？并在论文中最后展望： “It would be very exciting to find a regime where the experimental results manifest the sign and the varying value of the local angular momentum density” [Allen et al., Opt. Commun. 184, 67-71 (2000)]。其意义是不仅将在理论上完善控制光场角动量的自由度，同时对实验也提出了一个挑战。

我们首次提出利用径向相位分布控制焦场强度梯度，进而实现了光的局部角动量调控，提供了除偏振和螺旋相位之外的一种新颖角动量调控手段。通过引入径向变化的位相，在焦场处实现了非对称的强度分布。在不改变光场总角动量的前提下，结合光场本身自旋特性，可有效控制局部角动量密度，其方向可控，大小连续可调，间接证明了自旋流的存在，基于此，实现了微纳粒子的局域操控，阐述了局部角动量在光学微操纵的新现象，为更加灵活的光学微操纵，尤其是纳米颗粒的操纵提供了一种新的方法。研究成果发表于《Optica》。

高维光量子纠缠高效表征的新方法

高维纠缠不仅能够实现比二维情况更多的比特编码，以增加量子信道上的通信容量，而且还能改善对噪声的鲁棒性。作为光子的一个新自由度，轨道角动量(OAM)理论上具有无限维度，为解决光通信系统容量瓶颈问题提供了一条有效途径。2001年，物理学诺贝尔奖得主安东·塞林格教授等首次提出利用光子OAM实现了高维量子纠缠，其不仅可以大幅度增加光子的信息携带量，还可以提高量子密钥传输的安全性，该研究进而受到了广泛关注。

然而，在光子OAM的实际应用中，其挑战之一是发展高效的高维OAM纠缠态表征方法。传统的全量子态层析是获取量子态所有信息的标准技术，因其所需的测量次数随维度呈指数增长，使其在高维系统中变得不切实际。因此，研究人员非常期待能够找到有效的方法，以尽可能少的测量来表征高维纠缠态，而无需引入不必要的假设。

我们提出了一种非常实用的高效量子态层析方法—渐近锁定层析(ALT)。该方法只需<2d2的测量，即可获得双光子d维纠缠态的密度矩阵。此方法不仅适用于双粒子高维纯态，还可用于多粒子高维纯态以及一些特殊的混合态，具有一定的普适性，有望推动高维量子纠缠更加深入和广泛的应用。研究工作以Express Letters形式发表在《Chinese Physics Letters》。

另外，我们提出了一种高效的高维OAM纠缠表征方法，其核心思想是用二维阵列探测器取代传统的单像素探测器，基于干涉原理并结合傅里叶变换，从二维量子符合计数中解调出高维量子信息。研究发现，对于任意维度的OAM纠缠，只需要进行两次投影测量即可重构其密度矩阵，实验上对三维OAM纠缠态进行了测量，保真度达到97%。同时，该方法也可用于混合纠缠态的表征测量。该研究工作首次提出了非扫描且与维度无关高维OAM纠缠表征方法，对于任意维度OAM纠缠只需两次测量。该思想还可以拓展到其它空间模式纠缠和多光子纠缠等，为实现大容量量子通信和量子过程层析奠定了基础。未来与机器学习结合，将会为复杂情况下，如大气和光纤中的高维光量子信息应用提供更多有趣且高效的测量思路。研究成果发表于《Physical Review Letters》，并被中国科学报，科学网，新浪网等报道。

光场调控

随着对光研究的不断深入和各种需求的驱动，标量光场的局限性已显现出来。光场具有较多的空域自由度（振幅、相位和偏振态），可以想象，若引入空间调控自由度，并能对光场波阵面的偏振态、位相和振幅以及多参量联合进行有效的空域调控，创建具有空间结构和奇特性质的新型空间结构光场，无疑将为操控光传播行为和光场与微结构耦合提供了一条新的思路和途径。针对突破衍射极限问题，空间结构光场的多参量调控显示出独特优势，在超分辨成像及光学微操纵方面具有重要应用。所以，开展光场调控及其与微结构耦合等相关研究，必将发现新效应和新现象、提出新概念和新原理、催生新技术和新应用，对进一步深刻理解“光”、挖掘激光潜能和拓展激光应用等均具有重大科学意义。

量子光学

当前，国际上掀起了一场全新的信息技术革命，被称为“第二次量子革命”或“量子信息科学和技术革命”，它是量子物理学与现代信息科学相结合的产物，是以量子力学基本原理为基础，研究信息处理的一门新兴前沿科学。近年来，高维量子纠缠态的制备、调控及应用研究逐渐成为量子物理和量子信息领域的前沿科学问题。相比双光子量子比特纠缠，高维纠缠态在高速运算、增大信息容量和确保信息安全等方面具有独特优势。同时，利用光子高维编码态在量子力学一些基本问题研究方面也具有非常重要的应用。

光子的自旋和轨道角动量作为重要的信息载体，在量子信息科学的基础及应用方面起到了至关重要的作用。尤其光子的轨道角动量，其具有理论上的无限维度和良好的传输特性，成为高维量子物理研究的重要手段，也是进一步提升量子信息容量的重要途径。

目前，对于高维轨道角动量纠缠存在的主要科学问题是：不同维度轨道角动量强度不均衡问题，直接制约了维度的继续提升；轨道角动量维度提高带来的量子纠缠态表征问题，巨大的测量次数和后续的大数据处理增加了定量难度； 如何最大限度地利用轨道角动量的高维特性实现大容量信息传输，这也是量子信息研究的最终目标之一。

实验室部分仪器设备：

实验平台1：

实验平台2：

实验平台3：

超导单光子探测器：

光谱仪：

可调谐激光器1：

可调谐激光器2：

教学情况：

 1. 讲授本科生专业课《信息光电子学》

 2. 讲授研究生专业课《光电子学》。

 3. 指导南开大学本科生创新科研项目和《国家大学生创新性实验计划》项目。

 4. 2022级伯苓班班导师

指导学生情况：

博士后： 

 1. 刘志峰（2024）

博士研究生：

 1. 王梦帅（2021级）

 2. 赵嘉娴（2021级）

硕士研究生：

 1. 马泓睿（2022级）

 2. 张亚豪（2022级）

 3.李雪萌（2024级）

毕业学生：

博士研究生：

 1. 刘  瑞（2013级），毕业去向：中国空间技术研究院第502研究所

 2. 吕家琪（2016级），毕业去向：河北工业大学，副教授

 3. 王周祥（2015级），毕业去向：中国船舶重工集团公司第七O七研究所，助理研究员

 4. 齐文荣（2017级），毕业去向：河南师范大学，讲师

 5. 黄双印（2018级），毕业去向：山东师范大学，副教授

 6. 王   敏（2019级），毕业去向：上海理工大学，讲师

 7. 王   珂（2018级），毕业去向：安阳师范学院，讲师

硕士研究生：

 1. 蔚莹琪（2017级），毕业去向：郑州一起学教育有限公司 洛阳平行线分校

 2. 谢雨晨（2017级），毕业去向：中国科学院上海光机所

 3. 张海涵（2017级），毕业去向：新东方苏州分校

 4. 宋祎杰（2018级），毕业去向：河南仕佳光子科技股份有限公司

 5. 郭丽娟（2017级），毕业去向：天津市第一中学滨海分校

 6. 田倩倩（2018级），毕业去向：北京经开区亦庄实验中学

 7. 葛  宇（2021级），毕业去向：美国波士顿大学攻读博士学位

本科生：

 1. 刘志峰：（国家大学生创新性实验计划项目）保送南京大学攻读博士学位

 2. 孟家伟：（国家大学生创新性实验计划项目）保送北京大学攻读博士学位

 3. 刘天昊：（国家大学生创新性实验计划项目）美国迈阿密大学攻读博士学位

 4. 王宇韬：（国家大学生创新性实验计划项目）中科院南京天文光学技术研究所攻读硕士

 5. 吴泽威： 英国布里斯托大学攻读硕士学位

 6. 周  寒： 日本早稻田大学攻读硕士学位

 7. 张行健： 新加坡国立大学攻读博士学位

 8. 李  逸： （天津市大学生创新训练计划项目）保送北京大学攻读博士学位

 9. 李纯珍： （天津市大学生创新训练计划项目）美国耶鲁大学攻读博士学位

 10. 王振宇： （国家级大学生创新训练计划项目）新加坡国立大学攻读硕士学位

第一作者或通讯作者发表文章：

37, Jiaxian Zhao, Min Wang, Shuang-Yin Huang, Yu Ge, Chenghou Tu, Yongnan Li*,and Hui-Tian Wang*, “Efficient Measurement of Orbital Angular Momentum Entanglement Using Convolutional Neural Network,” Laser & Photonics Reviews 2400720 (2025)

36, Min Wang, Lieyu Chen, Duk-Yong Choi, Shuangyin Huang, Qiang Wang, Chenghou Tu, Hua Cheng, Jianguo Tian, Yongnan Li,* Shuqi Chen,* and Hui-Tian Wang*, “Characterization of Orbital Angular Momentum Quantum States Empowered by Metasurfaces,” Nano Letters 23, 3921-3928 (2023)

35, Fan Dai, Qianqian Tian, Shuang-Yin Huang, Min Wang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, Yan Sheng*, Hui-Tian Wang, “Photon pair generation in lithium niobate waveguide periodically poled by femtosecond laser,” Chinese Optics Letters 21, 042701 (2023)  Cover paper

34, Yi Li, Shuang-Yin Huang, Min Wang, Chenghou Tu, Xi-Lin Wang, Yongnan Li*, and Hui-Tian Wang*, “Two-Measurement Tomography of High-Dimensional Orbital Angular Momentum Entanglement,” Physical Review Letters 130, 050805 (2023)

33, Ke Wang, Jing Li, Fan Dai, Mengshuai Wang, Chuanhang Wang, Qiang Wang, Chenghou Tu, Yongnan Li* and Hui-Tian Wang*, “Robust Pulse-Pumped Quadratic Soliton Assisted by Third-Order Nonlinearity,” Photonics 10, 155 (2023)

32, Ke Wang, Jing Li, Fan Dai, Mengshuai Wang, Chuanhang Wang, Qiang Wang, Chenghou Tu, Yongnan Li* and Hui-Tian Wang*, “Kerr nonlinearity-assisted quadratic microcomb,” Fronties in Physics 10, 1026618 (2022)

31, Wen-Rong Qi, Jie Zhou, Ling-Jun Kong, Zhen-Peng Xu, Hui-Xian Meng, Rui Liu, Zhou-Xiang Wang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, Adan Cabello, Jing-Ling Chen*, and Hui-Tian Wang*, "Stronger Hardy-like proof of quantum contextuality," Photonics Research 10, 1582-1593 (2022)

30, Fan Dai, Shuang-Yin Huang, Min Wang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, Hui-Tian Wang*, "High-dimensional orbital angular momentum entanglement from an ultrathin nonlinear film," Fronties in Physics 10, 971360 (2022)

29, Shuang-Yin Huang, Guan-Lin Zhang, Qiang Wang, Min Wang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, and Hui-Tian Wang* , “Spin-to-orbital angular momentum conversion via light intensity gradient, ” Optica 9, 1231-1236 (2021)

28, Wen-Rong Qi, Rui Liu, Ling-Jun Kong, Zhou-Xiang Wang, Shuang-Yin Huang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, Hui-Tian Wang*, “Double-slit interference of single twisted photons,” Chinese Optics Letters 18, 10 (2020)  Editor's Pick 

27, Yongnan Li†, Shu-Wei Huang†*, Bowen Li†, Hao Liu†*, Jinghui Yang, Abhinav Kumar Vinod, Ke Wang, Mingbin Yu, Dim-Lee Kwong, Hui-Tian Wang, Kenneth Kin-Yip Wong and Chee Wei Wong*, “Real-time transition dynamics and stability of chip-scale dispersion-managed frequency microcombs,” Light: Science & Applications 9, 52 (2020) (†代表共同作者)

26, Wen-Rong Qi, Rui Liu, Ling-Jun Kong, Zhou-Xiang Wang, Shuang-Yin Huang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, and Hui-Tian Wang*, “Pancharatnam–Berry geometric phase memory based on spontaneous parametric down-conversion,” Optics Letters 45, 682-685 (2020)

25, Ling-Jun Kong, Rui Liu, Wen-Rong Qi, Zhou-Xiang Wang, Shuang-Yin Huang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, and Hui-Tian Wang*, “Asymptotical Locking Tomography of High-Dimensional Entanglement,” Chinese Physics Letters 37, 034204 (2020) Express Letters

24, Guan-Lin Zhang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, and Hui-Tian Wang*, “Observation of polarization topological singular lines,” Photonics Research 7, 705-710 (2019)

23, Ling-Jun Kong, Yongnan Li*, Rui Liu, Wen-Rong Qi, Qiang Wang, Zhou-Xiang Wang, Shuang-Yin Huang, Yu Si, Chenghou Tu, Wei Hu, Fei Xu, Yan-Qing Lu, and Hui-Tian Wang*, “Complete measurement and multiplexing of orbital angular momentum Bell states,” Physical Review A 100, 023822 (2019)

22, Ling-Jun Kong, Rui Liu, Wen-Rong Qi, Zhou-Xiang Wang, Shuang-Yin Huang, Qiang Wang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, Hui-Tian Wang*, “Manipulation of eight-dimensional Bell-like states,” Science Advances 5: eaat9206 (2019)

21, Rui Liu, Ling-Jun Kong, Wen-Rong Qi, Shuang-Yin Huang, Zhou-Xiang Wang, Chenghou Tu, Yongnan Li*, and Hui-Tian Wang, “Compact, robust, and high-efficiency generator of vector optical fields,” Optics Letters 44, 2382 (2019)

20, Rui Liu, Ling-Jun Kong, Yu Si, Zhou-Xiang Wang, Wen-Rong Qi, Chenghou Tu, Yongnan Li*, Hui-Tian Wang*, “Multi-Path Ghost Imaging by Means of an Additional Time Correlation,” Chinese Physics Letters 36, 044205 (2019)

19, Lu, JQ; Li, PP; Wang, D; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Extending optical filaments with phase-nested laser beams,” Photonics Research 6, 1130-1136 (2018)

18, Li, PP; Cai, MQ; Lu, JQ; Wang, D; Liu, GG; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Unveiling of control on the polarization of supercontinuum spectra based on ultrafast birefringence induced by filamentation,” Journal of The Optical Society of Ameraca B-Optical Physics (JOSA-B) 35, 2916-2922 (2018)

17, Lu, JQ; Li, PP; Wang, D; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Control on helical filaments by twisted beams in a nonlinear CS2 medium,” Optics Express 26, 29527-29538 (2018)

16, Liu, R; Kong, LJ; Wang, ZX; Si, Y; Qi, WR; Huang, SY; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Two-Photon Interference Constructed by Two Hong-Ou-Mandel Effects in One Mach-Zehnder Interferometer,” Chinese Physics Letters 35, 090303 (2018)

15, Zhao, MD; Gao, XZ; Pan, Y; Zhang, GL; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Image encryption based on fractal-structured phase mask in fractional Fourier transform domain,” Journal of Optics 20, 045703 (2018)

14, Gao, XZ; Pan, Y; Zhao, MD; Zhang, GL; Zhang, Y; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Focusing behavior of the fractal vector optical fields designed by fractal lattice growth model,” Optics Express 26, 1597-1614 (2018)

13, Gao, XZ; Pan, Y; Zhang, GL; Zhao, MD; Ren, ZC; Tu, CG; Li, YN*; Wang, HT*, “Redistributing the energy flow of tightly focused ellipticity-variant vector optical fields,” Photonics Research 5, 640-648 (2017)

12, Kong, LJ; Liu, R; Si, Y; Wang, ZX; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Time-resolved multiple imaging by detecting photons with changeable wavelengths,” Chinese Optics Letters 15, 081101 (2017)

11, Kong, LJ; Si, Y; Liu, R; Wang, ZX; Qi, WR; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Robust Ghost Imaging Based on Degenerate Spontaneous Parametric Down-Conversion,” Chinese Physics Letters 34, 054206 (2017)

10, Li, YN; Ren, ZC; Kong, LJ; Tu, CH; Wang, HT*, “Trajectory-based unveiling of the angular momentum of photons,” Physical Review A 95, 043830 (2017)

9, Si, Y; Kong, LJ; Zhang, Y; Ren, ZC; Pan, Y; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Spatial-Variant Geometric Phase of Hybrid-Polarized Vector Optical Fields,” Chinese Physics Letters 34, 044204 (2017)

8, Pan, Y; Gao, XZ; Ren, ZC; Wang, XL; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Arbitrarily tunable orbital angular momentum of photons,” Scientific Reports 6, 29212 (2016)

7, Si, Y; Kong, LJ; Li, YN*; Tu, CH; Wang, HT*, “Ghost Imaging with High Visibility Using Classical Light Source,” Chinese Physics Letters 33, 034203 (2016)

6, Ren, ZC; Qian, SX; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Focal shift in tightly focused Laguerre–Gaussian beams,” Optics Communications 334, 156-159 (2015)

5, Li, YN; Ren, ZC; Qian, SX; Tu, CH; Wang, HT*, “Analytical formulae of tightly focused Laguerre–Gaussian vector fields,” Journal of Optics 16, 105702 (2014)

4, Qian, SX; Li, YN*; Kong, LJ; Tu, CH; Wang, HT*, “Phase conjugation of vector fields by degenerate four-wave mixing in a Fe-doped LiNbO3,” Optics Letters 39, 4907(2014)

3, Pan, Y; Li, YN*; Li, SM; Ren, ZC; Kong, LJ; Tu, CH; Wang, HT*, “Elliptic-symmetry vector optical fields,” Optics Express 22, 19302-19313 (2014)

2, Lou, K; Qian, SX; Ren, ZC; Tu, CH; Li, YN*; Wang, HT*, “Femtosecond Laser Processing by Using Patterned Vector Optical Fields,” Scientific Reports 3, 2281 (2013)

1, Li, YN; Wang, XL; Zhao, H; Kong, LJ; Lou, K; Gu, B; Tu, CH; Wang, HT*, “Young's two-slit interference of vector light fields,” Optics Letters 37, 1790-1792 (2012)

[学术报告]：李勇男，“空间结构光场调控及应用”，第五届原子分子物理与光物理研讨会，济南，2020.10.16（邀请报告）

[学术报告]：Yongnan Li and Hui-tian Wang, “Structured Light:manipulation and application,” The 7th Conference on Advances in Optoelectronics and Micro/nano optics, Xi’an, 2018（Invited talk）

[学术报告]：李勇男，“微腔中的色散管理孤子研究”， 2018年微腔光频梳研讨会，天津（邀请报告）

[学术报告]：李勇男，“高维轨道角动量纠缠的研究” ，量子技术研讨会，天津（邀请报告）

[学术交流]：李纯珍（本科生）于2019年6月-9月访问美国University of Michigan，合作导师Prof Hui Deng

[学术交流]：葛宇（本科生）于2019年6月-9月访问美国The University of Arizona，合作导师Prof Zheshen Zhang

[学术交流]：张行健（本科生）于2018年7月-11月访问澳大利亚University of Western Sydney，合作导师Prof Rong Liu

[学术交流]：张行健（本科生）于2019年7月-12月访问美国University of Colorado，合作导师Prof Shuwei Huang

[学术交流]：王振宇（本科生）于2019年6月-9月访问日本University of Tokyo，合作导师Prof Haozhao Liang

[学术交流]：美国University of Colorado Prof Shuwei Huang于2018年12月14-15日访问课题组并进行科研合作交流

2017年入选天津市“131”创新型人才培养工程（第二层次）。