“前沿发展”栏目，旨在介绍科研人员在光学范畴宣布的具有极端严重学术、使用价值的论文，促进研讨成果的传达。部分论文将引荐参加“我国光学十大发展”评选。

  近来，南京大学陈鹏副教授、陆延青教授研讨团队在液晶平面光子学范畴获得新发展，经过精准构筑双层相反手性胆甾相液晶的横向与纵向微纳结构，探求了动态、反射式旋光色散效应及自旋解耦的几许相位独立调制，完结了多元影响呼应、多维度复用的动态五颜六色全息，为软物质光子学供给了新思路和新技能。

  手性是自然界中无处不在的奇迹。DNA、植物细胞壁、甲虫外骨骼乃至星系中，都能发现各式各样与本身镜像无法重合的手性结构。液晶介于液体和固体之间，兼具液体的流动性与晶体的各向异性，优异的电光呼应使其在显现范畴长时刻占有主导地位。

  风趣的是，在本身手性或手性掺杂的效果下，液晶分子也能自发地排列成螺旋形手性结构，称为胆甾相液晶。这种相似一维光子晶体的自拼装螺旋结构，可以引起一起的自旋选择性布拉格反射，即只要与胆甾相液晶手性相同的圆偏振光在光子带隙内被反射，在显现器、滤色器、激光器等方面具有极端严重使用价值。

  近年来，各类微纳加工技能的蓬勃发展进一步促进了胆甾相液晶螺旋结构的杂乱三维控制。特别地，光取向技能可以诱导胆甾相液晶螺旋轴的开始端/结尾分子排布，使得自旋选择性的反射式几许相位被人们发现。这类几许相位光学元件具有宽带、高效等优势，为光偏折、光聚集、光信息处理供给了有力渠道。

  对电磁波的频率/波长、振幅、相位、偏振、横向散布等维度的按需调控，是今世信息光电子技能的物理根底。近年来，以高效率、高集成度、多维度、动态可调为中心方针，很多新颖光场调控手法不断涌现。其间，胆甾相液晶作为一种低成本、易加工的软物质光学资料，对温度、电场、磁场、光照、外力等影响有着超卓的活络呼应性，为动态多维度、平面集成化的光场调控技能拓荒了新路途。但是，现在的胆甾相液晶光学元件仍受限于较少的可控制维度或通道数，光学功用较为单一。

  针对这一难题，该团队遭到手性介质旋光色散现象的启示，期望使用光偏振方向随波长旋转的特性，奇妙衔接光的偏振和波长维度，并进一步探究旋光色散的动态可调性及其与额定光学维度（特别是空间相位）的有机结合，以期打破现在手性液晶光子元件的瓶颈。

  如图1所示，相反手性胆甾相液晶构成的分段共存结构可为反射光引进波长相关的偏振旋转，即反射式旋光色散效应。进一步结合胆甾相液晶的自旋解耦几许相位调制和多元外场影响呼应性，可完结“我国舞狮”的动态五颜六色全息。

  该团队使用外表诱导聚合的洗去-重填工艺（图2a），将右旋的胆甾相液晶聚合物支架与左旋的胆甾相液晶自动层集成于单个液晶盒内。所以，线偏振入射光的左旋、右旋圆偏振成分会在不同外表被相应手性的胆甾相液晶层反射，发生波长相关的传达相位差，然后引起反射式旋光色散效应。研讨组进一步发挥光取向技能的优异可擦写性，发明性地提出“二次光图画化”工艺，经过光取向和光改写别离赋予右旋、左旋胆甾相液晶层不同的全息图结构，为两种圆偏振光编码独立的几许相位，即自旋解耦的几许相位调制。

  值得注意的是，打破左旋、右旋圆偏振光几许相位的共轭性及重建图画的中心对称性，对传统液晶元件而言极具挑战性。该作业完结的自旋解耦几许相位为矢量光场的恣意控制发明了时机，可将非中心对称的全息图画编码到正交线偏振通道，完结定制化的矢量全息和线偏振复用全息。

  得益于胆甾相液晶丰厚的影响呼应性，双手性液晶超结构的反射式旋光色散效应也会在多元外场影响下改动，而预先编码的自旋解耦几许相位却不受外场影响，这使杂乱光场的动态调控成为了或许。在单色光入射下，研讨组完结了全息重建图画在热、电场影响下的可逆动态切换（图2b-c）。初始状态下，检偏片明晰地滤出了“LC”（或“NJU”）的图画，而在特定的温度或电场下，反射光场的偏振方向全体旋转90°，所以，检偏片滤出的图画切换为另一线偏振通道的“NJU”（或“LC”）。需求咱们来重视的是，电调双手性液晶超结构采用了聚合物涣散胆甾相液晶作为自动层，呼应时刻可达36 μs（图2d-f），比一般液晶光学器材快2~3个数量级，为超快多维光场调控供给了新策略。

  反射式旋光色散效应自然地衔接了光的偏振和波长维度，为完结偏振、波长混合复用的动态全息拓宽了新思路。多色光入射双手性液晶超结构时，反射光的线偏振方向会随波长有规则地旋转，并在550~605 nm的波长范围内旋转了360°。该物理效应在反射光偏振方向和波长之间建立起一对多的映射联系，因而，固定的检偏片滤出的舞狮全息图画会随波长替换改动（图2g）。

  进一步地，若一起入射多个波长的光，就可以混合出炫彩的舞狮全息图画（图3）。根据反射式旋光色散的动态可调性，偏振片旋转和外场影响均能改动这些全息图画的色彩，完结“全息彩绘”的动态上色，充沛验证了该方案在动态多色光复用方面的潜力。

  一般，手性介质中的旋光色散是均匀且固定的，它与空间相位调制的动态结合在传统资料系统中简直没办法完结，而在该作业中得到了成功探究。除了热谐和电调，研讨组提出的反射式旋光色散效应也可经过光照、外力等影响手法调控。另一方面，根据全息图画的改动监测，还可以对外场强度进行智能传感。

  南京大学为该作业的独立完结单位，现代工程与使用科学学院博士生刘思嘉、朱琳为一起榜首作者，陈鹏副教授、陆延青教授为一起通讯作者，研讨生张逸恒、陈闻、朱栋对本文亦有重要贡献。该研讨由国家要点研制方案（青年科学家项目）、江苏省前沿引领技能根底研讨专项、国家自然科学基金优秀青年科学基金及科学技能创新2030要点项目等赞助完结，一起感谢固体微结构物理国家要点试验室、光智能感控与集成技能教育部要点试验室等渠道的支撑。

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