中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所液晶光學(xué)團隊
——聚焦液晶材料、器件、系統(tǒng)的全鏈條應(yīng)用

中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所液晶光學(xué)研究團隊由長春光機所液晶學(xué)科帶頭人宣麗研究員于2000年創(chuàng)立，是應(yīng)用光學(xué)國家重點實驗室重要研究團隊之一。該團隊由應(yīng)用光學(xué)國家重點實驗室副主任、吉林省中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才穆全全研究員領(lǐng)銜，現(xiàn)有研究人員13人，其中博導(dǎo)5人，碩導(dǎo)2人，中科院青年創(chuàng)新促進會會員3人、長春光機所人才2人。團隊一直致力于液晶材料、液晶物理、光調(diào)控器件及其應(yīng)用的研究，涵蓋從基礎(chǔ)到工程領(lǐng)域的全鏈條，在高速及高折射率液晶材料、特種液晶光調(diào)控器件、自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)、光學(xué)相控陣技術(shù)等方面取得了一系列重要研究成果，目前在自適應(yīng)光學(xué)方向已完成NSFC重點項目1項，面上項目4項；在液晶材料方向完成面上項目2項；在液晶器件方向完成面上項目3項；在液晶相控陣及應(yīng)用方向完成預(yù)研項目3項(主持)。團隊已在Optics Express，Optics Letters，Liquid Crystals等期刊發(fā)表SCI論文百余篇，申請發(fā)明專利數(shù)10項；相關(guān)研究成果于2013年獲得吉林省技術(shù)發(fā)明一等獎、2017年獲中國物理學(xué)會胡剛復(fù)物理獎，培養(yǎng)畢業(yè)博士60余人，碩士10余人，博士后4人，其中博士論文獲全國百篇優(yōu)博論文提名獎1人次、中科院院長特別獎2人次、中科院百篇優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎2人次、國家獎學(xué)金和各類冠名獎學(xué)金10余人次。目前，團隊正在承擔(dān)的國家級、省部級及華為公司成果轉(zhuǎn)化項目10余項。

高分辨率的成像觀測始終是天文學(xué)及其他領(lǐng)域追求的目標(biāo)。對于空間探測目標(biāo)穿越大氣層的成像而言，對大氣畸變波前進行實時補償校正的波前校正技術(shù)就顯得尤為重要，這也就是自適應(yīng)光學(xué)研究。液晶空間光調(diào)制器可對觀測光進行電控相位調(diào)節(jié)，而且具有高精度、低功耗、高空間分辨率的特點，在自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。本研究組針對液晶空間光調(diào)制器響應(yīng)速度慢的問題，從液晶材料設(shè)計與合成、液晶器件結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝優(yōu)化等方面逐一突破，將700～950 nm工作波段的液晶器件響應(yīng)時間縮短到0.75 ms。針對液晶器件偏振依賴及色散等光能量損失問題，提出基于開環(huán)控制策略的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計方法，從光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、控制矩陣測量、自動控制策略優(yōu)化等核心問題入手，使系統(tǒng)校正速度相對傳統(tǒng)串行控制提高約20%，提高了系統(tǒng)的校正能力和穩(wěn)定性。如今，已經(jīng)實現(xiàn)了液晶自適應(yīng)光學(xué)成像技術(shù)在可見光波段的實用化和工程化。該項技術(shù)還可以進一步拓展應(yīng)用到包括光通信、生物醫(yī)學(xué)成像及激光光束整形等研究領(lǐng)域。

光學(xué)相控陣是一種新型的非機械式光束掃描技術(shù)，其概念來源于傳統(tǒng)的微波相控陣。由于光學(xué)相控陣是以工作在光波段的激光作為信息載體，因而不受傳統(tǒng)無線電波的干擾，而且激光的波束窄，不易被偵察，具備良好的保密性。另外，相比于大體積的電學(xué)相控陣，光學(xué)相控陣尺寸小、質(zhì)量輕、靈活性好、功耗低。針對其中的核心元件——液晶偏振光柵，本研究組突破了液晶偏振光柵設(shè)計與制備技術(shù)，發(fā)明了多種新型結(jié)構(gòu)的液晶偏振光柵器件。系統(tǒng)研究了光柵組件的動態(tài)光調(diào)控行為與光傳輸模式，建立了大口徑、小周期液晶偏振光柵曝光裝置，可實現(xiàn)衍射效率優(yōu)于98%、口徑50 mm的液晶偏振光柵組件的研制。

得益于液晶材料與器件優(yōu)良的空間可編程及可重構(gòu)特性，近年來，為滿足在光通信領(lǐng)域、高能激光領(lǐng)域、光量子操控、磁環(huán)境及航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用需求，團隊開展了液晶空間光調(diào)控器件、無磁液晶調(diào)制器、液晶超表面元件、可調(diào)諧液晶波導(dǎo)器件等方面的研究工作。圍繞光通信、光加工、光量子操控等前沿領(lǐng)域應(yīng)用對器件能量效率、均勻性及相位調(diào)制深度的高精度要求，提升技術(shù)與工藝水平，實現(xiàn)了能量利用效率優(yōu)于93%、均勻度最佳優(yōu)于1%的LCOS器件的研制。依托上述成果，先后與北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中山大學(xué)、中科院生物物理所單位開展了合作研究，并取得了一系列成果。