eLight·封面 | 液晶矢量全息
导 读
近日，南京大学副校长陆延青教授、马玲玲助理教授和新加坡国立大学仇成伟教授联合提出了基于像素化液晶超结构的矢量全息术，该技术采用像素化液晶空间复用结合相位差编码的新思路，仅依靠单层液晶结构即实现了空间任意光偏振和振幅的独立编码控制，展示了一个宽带高效、多维动态的液晶矢量光学平台。这一突破将促进液晶在下一代光信息技术领域的应用发展。该成果在卓越计划高起点新刊eLight上发表，题为“Vectorial Liquid-Crystal Holography”。
南京大学现代工程与应用科学学院硕士研究生王泽宇为本文第一作者，马玲玲助理教授、仇成伟教授和陆延青教授为本文通讯作者。南京大学胡伟教授、陈伟副研究员、魏阳博士后和天津大学戴海涛教授给予了重要的指导和建议，新加坡国立大学博士研究生周舟、南京大学硕士研究生张涵和南京大学硕士毕业生于宏冠对本文亦有重要贡献。本工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持，并得到人工微结构科学与技术协同创新中心、固体微结构物理国家重点实验室等平台的大力支持。
矢量全息术
光场携带了振幅、相位、偏振、光谱等多个维度的信息。偏振作为光的重要维度之一，往往携带着其他维度所不具备的重要信息。实现对偏振的精细结构化产生与调控，并应用于光通信、光传感、偏振探测、光量子计算、高分辨成像等领域，具有重要的战略意义和市场价值。近年来，为了更好、更便捷地实现对光振幅和偏振的独立和任意编码，人们将目光转向矢量全息技术。其中超表面凭借着丰富的材料种类和设计自由度，在矢量全息领域得到了广泛的研究并取得了持续的突破和进展，但仍存在制备复杂、成本高昂、不可调谐等问题，限制着动态矢量光子技术的发展，因此亟需开发制备简便、主动可调和功能集成的矢量光学平台。
图1：液晶标量全息和液晶矢量全息示意图
液晶是一种典型的软物质材料，近年来基于几何相位原理的平面液晶元件在光子学领域崭露头角，展示出自组装简便制备、动态可调、宽带高效、平面构造等优势特色。但因其纯相位调制的特点（在液晶近场表面仅能实现对光的相位的改变），单材料液晶用于对全息图像中偏振态的任意操控极其困难，并从未被研究。以往的液晶全息术是依赖对入射光的相位控制，实现对远场特定全息图振幅的编码，往往具有均匀的偏振分布（图1a），属于液晶“标量”光学范畴。最近，也有工作尝试通过结合液晶与超表面从而引入可调性，但这使得制备工艺更加复杂，而且液晶层仅仅用于对相位延迟的均匀调节。欲实现偏振和强度空间变化控制的液晶“矢量”光子学技术仍具挑战。
基于液晶的矢量全息平台
前景展望
论文信息
Wang, Ze-Yu; Zhou, Zhou; Zhang, Han; Wei, Yang; Yu, Hong-Guan; Hu, Wei; Chen, Wei; Dai, Hai-Tao; Ma, Ling-Ling*; Qiu, Cheng-Wei*; Lu, Yan-Qing*. Vectorial liquid-crystal holography. eLight 4, 5 (2024).
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