空间矢量光孤子是由两个或多个光束分量在非线性结构中同时诱导的非线性与每个光束分量的衍射达到平衡时，所有光束共同稳定地向前传输的光学现象。空间矢量光孤子在全光控制等应用方面具有深远的研究意义，并在近十年来逐渐吸引越来越多的研究者进行矢量光孤子相关的研究。人们已在一些灵活可控的结构中对空间矢量光孤子进行了理论或实验上的研究，从早期的周期性的介质波导阵列到近几年的金属波导阵列，由于金属的表面等离激元（SPP）具有很强的局域性，从而将矢量孤子的横向尺度极大地降低，并且同时激发矢量孤子所需要的输入能量也得到了降低。石墨烯是一种新型二维结构材料，其表面等离激元具有较金属更强的局域性，而石墨烯本身也具有非线性性质。因而，石墨烯阵列结构对于研究深度亚波长尺度下的矢量等离子晶格孤子提供了可发掘更多新现象的研究平台。

超快光学实验室陆培祥教授、王兵教授及博士生王周青等对非线性石墨烯对阵列结构中的矢量等离激元晶格孤子进行了详细的数值模拟及研究分析。石墨烯是一种自聚焦非线性材料，以两层石墨烯为一单元的石墨烯对组成的一维周期阵列结构具有两条色散曲线。我们选取两种不同频率的光束，分别为9.8 μm和10.2 μm，并且它们分别来自两条色散曲线的不同区域（布里渊区中心及边界），以使两光束之间互不相干。当石墨烯的自聚焦非线性与两束光的衍射达到平衡时，两光束同时稳定地传输，从而形成矢量光孤子。由于石墨烯SPP具有很强的局域性且石墨烯自身的非线性较强，我们可以在较低的入射光强下得到横向尺度极小的矢量孤子，尺寸接近于波长的1/100。除此之外，矢量孤子的横向尺度可以通过调节石墨烯化学势进行灵活的调控。该研究结果将对深度亚波长尺度光开关及全光控制等方面具有广泛的应用前景。

2016年8月1日，该研究成果“非线性石墨烯对阵列中的矢量等离子晶格孤子（Vector plasmonic lattice solitons in nonlinear graphene-pair arrays）”发表在Optics Letters (Vol.41.Issue.15.pp.3619-3622.2016)上。该项研究得到了国家“973计划” (No.2014CB921301)、国家自然科学基金 (No.11304108)、教育部高等学校博士学科点专项科研基金 (No.20130142120091) 、湖北自然科学基金（No.2015CFA040）等项目的支持。

图 (a), (b) 不考虑损耗时矢量光孤子两个光束分量同时稳定地传输. (c), (d) 当撤掉其中一个光束分量，另一个光束分量单独传输会有发散. (e), (f) 考虑损耗时，矢量光孤子实际传输. 图中光场强度通过log(|E|²)表现.