《Advanced Materials》報道我校在四維光可調諧液晶超結構激光方面突破性進展
近期，我校化學與分子工程學院、教育部前沿科學中心朱為宏教授和物理學院鄭致剛教授在四維光可調諧液晶超結構激光方面取得突破性進展，相關研究成果以“Quadri-Ddimensional Manipulable Laser with Intrinsic Chiral Photoswitch”為題，發(fā)表在學術期刊《Advanced Materials》。
多維度調控激光的波長、振幅、相位和偏振態(tài)，對于自由空間光通信、光學成像、光鑷等現(xiàn)代光子技術具有重大意義。然而，由于微腔內諧振與微腔外傳輸難以實現(xiàn)耦合，因此要獲得穩(wěn)定輸出、抗疲勞強度高的多自由度激光仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。為了對激光輸出模式進行調制，現(xiàn)有的技術主要是通過設計相應的超表面結構，來實現(xiàn)激光的自由度調制，但是超表面材料的不可調諧性進一步限制了多維度可調諧激光的發(fā)展。目前報道可調諧液晶激光的手性光敏材料主要為偶氮苯類材料，但這種材料的穩(wěn)定性和抗疲勞性較差，這將會導致在光調制過程中，液晶微腔中會形成多種缺陷，通常表現(xiàn)為激光峰寬較寬、雜峰、峰畸形等。正是由于傳統(tǒng)的手性光敏材料限制了可調諧波長激光實現(xiàn)進一步的自由度調控，使得多維度可調諧激光仍然是一個難題。
基于此，該工作設計了一種可逆的內源手性分子光控開關，并構造了一種具有穩(wěn)定輸出的液晶激光體系（圖1a）。此外，采用戊基苯作為類液晶基團修飾在內源手性分子側端，可進一步提高其與液晶的相容性，從而提高了整個液晶體系的穩(wěn)定性和抗疲勞度。可逆的內源手性分子光控開關可以抑制由于分子本身帶來的多疇結構，從而有效地解決由微腔缺陷引起的液晶的取向紊亂和光譜畸形等問題，提升了激光的光學性能。通過對光子微腔內諧振與微腔外傳輸耦合平衡巧妙調控，發(fā)展了四維可調諧激光編碼技術（圖1b），為集成光學芯片、光學神經網絡和光學計算等領域提供了一種小型化和低成本的新技術。
圖1. a,內源手性分子設計及液晶體系制備。b,四維可調諧激光（波長、波面、自旋角動量和軌道角動量）。
基于上述優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和抗疲勞度的內源手性分子，實現(xiàn)了穩(wěn)定的、多波長的激光輸出，使多通道并行編碼成為可能，為光學成像和光學計算發(fā)展提供了新的思路，完美實現(xiàn)了波長、波面、自旋和軌道角動量的光動態(tài)可控的四維可調諧激光，并對其進行信息編碼，為光學計算和成像開辟了一條新途徑（圖2）。
圖2. 四維光可調諧液晶超結構激光（結構、性能及應用）。
該研究工作主要是由我?；瘜W與分子工程學院博士生胡宏龍在朱為宏教授和鄭致剛教授的指導下完成，并得到田禾院士大力支持。該研究工作得到了材料生物學與動態(tài)化學教育部前沿科學中心、國家自然科學基金基礎科學中心項目、國家優(yōu)秀青年科學基金等項目的支持。
原文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202110170
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