華東理工大學朱為宏教授&鄭致剛教授最新Advanced Materials：四維光可調控液晶超結構激光

一、【導讀】

多維度調控激光的波長、振幅、相位和偏振態，對于自由空間光通信、光學成像、光鑷等現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耦合，因此要獲得穩定輸出、抗疲勞強度高的多自由度激光仍然是一個巨大的挑戰。為了對激光輸出模式進行調制，現有的技術主要是通過設計相應的超表面結構，來實現激光的自由度調制，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，通常表現為激光峰寬較寬、雜峰、峰畸形等。正是由于傳統的手性光敏材料限制了可調諧波長激光實現進一步的自由度調控，使得多維度可調控激光仍然是一個難題。

?二、【成果掠影】

近期，華東理工大學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等人在四維光可調控液晶超結構激光方面取得突破性進展。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定輸出的液晶激光體系。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，解決了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，發展了四維可調控激光編碼技術，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。相關研究成果以“A?Quadri-Ddimensional Manipulable Laser with Intrinsic Chiral Photoswitch”為題，發表在Advanced Materials上。

三、【數據概覽】

圖一、基于內源手性光開關的四維可調控液晶激光設計圖

圖二、基于內源手性光開關的四維液晶激光的波長、波面調諧

圖三、基于內源手性光開關的四維液晶激光的自旋和軌道角動量調控

圖四、基于內源手性光開關的其他模式激光調控

圖五、基于內源手性光開關的四維液晶激光編碼技術

四、【成果啟示】

由于光控手性微腔結構的不可控性，創建光子腔內諧振與腔外傳輸的耦合平衡仍然是實現多維度激光中的一個科學難點。基于此，發展了一類具有優異的熱穩定性和抗疲勞度的內源手性光控手性分子，開創了多穩態、動態編輯的四維可調諧激光，解決了傳統可調諧激光微腔缺陷和耦合平衡問題，實現了四維可調諧激光編碼技術（波長、波面、自旋角動量和軌道角動量）。

該研究工作主要是由我校化學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、國家優秀青年科學基金、上海市科技創新計劃重大專項、上海市曙光計劃等項目的支持。

原文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202110170

本文由作者供稿。

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