近期，南京大学陈鹏副教授、陆延青教授团队在液晶平面光子学领域取得新进展，相关成果以“Light-Addressable Polychromatic Holographic Display via Multi-Encoded Chiral Superstructures”为题在线发表于Advanced Functional Materials，该成果顺利获得引入一种光响应手性液晶微结构材料，构建了一个低功耗、高集成的全光调控系统，实现了无需电极、仅靠光就能动态调控光的多功能平台，为多维度信息存储和多波长彩色全息显示等应用给予了新技术。

工作利用瓦力棋牌瓦力光学JCOPTIX给予的宽波段四分之一波片，配合宽波段线偏振片可实现对入射光偏振态（左旋/右旋圆偏振）的选择性调节，并覆盖整个可见光波段。

研究背景

光寻址技术由于其独特的空间分辨能力和非接触式操作，在空间光调制器和传感系统有广泛应用。通常涉及将光信号转换为电信号进行处理，然后再转为光信号输出，这需要复杂的加工工艺以及多个外接设备，不仅限制了信息处理的速度，也降低了系统紧凑性。为应对高速数据通信和多通道信号处理的迫切需求，新一代光信息技术蓬勃开展，全光调制技术也应运而生，为“光控电控光”迈向“光控光”给予新思路。全光调控系统因其非接触、快响应、高空间分辨率等优势，被许多人认为是突破传统电光调控瓶颈的可行路径。

然而，当前多数全光调控技术依赖非线性材料和高功率泵浦光源，面临能耗高、响应慢、热稳定性差等诸多挑战。光敏胆甾相液晶作为一种手性光子晶体材料，既可调控光，也可被光调制，为全光调控技术给予了一个崭新的媒介。胆甾相液晶具备独特的自组装螺旋结构，能对圆偏振光进行选择性布拉格反射，并携带可编码的几何相位信息。引入光敏手性剂后，在毫瓦级光强刺激下即可实现布拉格反射带的动态调节。同时，由于反射光携带可编码的几何相位信息，顺利获得设计液晶分子的排列结构可以控制反射光的局部相位。受到上述光敏手性液晶综合特性的启发，研究团队将光敏胆甾相液晶引入全息显示，并进一步探索其在多波长并行处理的潜力，有望为全光调控给予新的实现途径。

设计原理

胆甾相液晶是一种典型的液晶中间相，其特点是自组装形成螺旋结构。棒状胆甾相液晶分子在纳米尺度上自组装成周期性手性结构，使其具备独特的偏振选择性布拉格反射特性。由于胆甾相液晶对外场刺激具有高度敏感性，其布拉格反射带可被动态调节。其中，光外场刺激具有高空间和时间分辨率，且控制方式为非接触式，为实现宽带且灵活的全光调控奠定了基础。为了赋予胆甾相液晶光响应特性，瓦力棋牌瓦力将光敏手性剂（CHAD-3C-R）与向列相液晶（HAE635055）按比例混合。该手性剂在紫外/可见光照射下会发生光致异构化反应，从而实现布拉格反射中心波长的调节。瓦力棋牌瓦力顺利获得透射光谱和显微反射图像评估胆甾相液晶的光响应性能，结果表明其在可见至近红外波段具有广泛的可调节范围。此外，该样品显示出良好的循环稳定性和色彩保真度，为后续实现多波长并行调控奠定了基础。

为实现目标全息显示，瓦力棋牌瓦力需要对胆甾相液晶进行预处理，将目标全息图像以相位编码的形式存储在液晶超结构中。第一时间使用Gerchberg-Saxton算法进行相位设计，该算法在物体面与成像面之间，顺利获得傅里叶变换迭代传播输入与输出的复振幅波前，并在每一步中施加振幅限制，最终收敛得到相位分布，可用于生成用于光学重构的全息图。这些计算出的相位图案随后顺利获得几何相位效应编码在胆甾相液晶分子的表面取向中，几何相位大小为表面液晶分子取向角的二倍，其符号取决于输入光的偏振态及胆甾相液晶的手性旋向。最后，结合光配向技术与高分辨率数字微镜装置，瓦力棋牌瓦力可以精确地锚定CLC分子的表面取向，从而实现全息信息在液晶结构中的预编码。

研究亮点

图1. 基于光敏胆甾相液晶的可寻址、多波长、全光信息处理

南京大学陈鹏副教授、陆延青教授团队在前期光响应手性液晶微结构材料 Nature Commun. 10, 2518 (2019)；Laser Photonics Rev. 16, 2200011 (2022) 的研究基础上，提出了一种预编程的光敏胆甾相液晶超结构，可实现光存储、光寻址、光读取的功能集成，并以全息术为例，展示了多波长全光调控功能。如图1所示，光敏胆甾相液晶在紫外光的刺激下形成空间非均匀的螺距分布结构，从而反射不同波长的光。进一步结合液晶分子面内排列的全息编码，可实现多波长并行的“成长”系列彩色全息图像。

（1）光存储、光寻址、光读取的有机融合

该系统基于光诱导螺距调控与分子取向编程，实现了三个功能模块的全光集成，如图2所示。光存储：顺利获得光控取向技术写入全部预设全息图案，排列成阵列形式，阵列中的每一个区域可以单独存储一张全息图。光寻址：顺利获得紫外/可见光掩模曝光，局域改变液晶螺距分布，决定哪些区域可反射可见光以及反射光的波长范围。光读取：探测光在各通道反射回携带有相位与波长信息的光，实现图像读取与重构。

图2. 光存储、光寻址、光读取的功能集成光路示意图

（2）“光控光”的多维调控

利用光的偏振态实现液晶分子排列取向的控制，进而调控几何相位，赋予反射光精确的波前结构；利用光的光强空间分布实现对相位阵列的寻址功能，决定每个通道的局域开关状态；利用光的功率调节光敏液晶的光致异构化速率，从而控制反射光中心波长的响应速度；利用驱动光的波长区分调控变化方向（紫外光诱导红移、绿光/热弛豫引起蓝移），实现反射光波长的动态可逆调控。

（3）多波长并行信息显示

该系统不仅可在不同通道实现不同全息图案的显示，而且支持多波长并行彩色全息图像的显示与调控。顺利获得对不同通道不同程度的螺距操控，成功实现了540 nm（绿色）、585 nm（黄色）、625 nm（红色）等多个波段的同时反射，呈现出彩色全息（图3）。在实验中，展示了主题为“成长”的五阶段彩色全息图案的复现与切换，验证了高度集成、可动态演化的多色全息显示能力。同时，经过巧妙的设计，近场的结构色图案与远场的全息衍射显示遥相呼应，字母A至E分别对应幼儿、少年、青年、成年、老年五个不同的人类/树木成长阶段。这种多波长并行操控不仅丰富了显示的色彩维度，更提升了信息存储的密度和自由度。

图3. 多波长并行彩色全息显示（远场）与彩色结构色显示（近场）

该工作实现了在一个单层光敏液晶材料中完成信息的写入（编码）、定位（寻址）和读取（显示），打通了“光控光”信息处理的全链路，无需额外的电极与电源连接，便于集成和轻量化设计。低功耗、快响应、可大面积制备等特性，有助于走向实际应用。该工作不仅提升了光信息处理系统的紧凑性，也为先进显示、光通信、加密存储、光计算等前沿领域给予了新手段。

南京大学为该工作的独立完成单位，现代工程与应用科研学院博士生朱琳为论文的第一作者，陈鹏教授、陆延青教授为共同通讯作者，研究生刘思嘉、张逸恒、陈闻、朱栋、孙睿对本文亦有重要贡献。该研究由国家重点研发计划（青年科研家项目）、国家自然科研基金基础科研中心项目、优秀青年科研基金、江苏省前沿引领技术基础研究专项、中央高校基本科研业务费专项资金等资助完成。

作者特别感谢南京瓦力棋牌瓦力光学科技有限公司（JCOPTIX）给予的光学元件与仪器支持。