中國科學院長春光學精密機械與物理研究所液晶光學團隊
——聚焦液晶材料、器件、系統的全鏈條應用

中國科學院長春光學精密機械與物理研究所液晶光學研究團隊由長春光機所液晶學科帶頭人宣麗研究員于2000年創立，是應用光學國家重點實驗室重要研究團隊之一。該團隊由應用光學國家重點實驗室副主任、吉林省中青年科技創新領軍人才穆全全研究員領銜，現有研究人員13人，其中博導5人，碩導2人，中科院青年創新促進會會員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、光調控器件及其應用的研究，涵蓋從基礎到工程領域的全鏈條，在高速及高折射率液晶材料、特種液晶光調控器件、自適應光學技術、光學相控陣技術等方面取得了一系列重要研究成果，目前在自適應光學方向已完成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；在液晶相控陣及應用方向完成預研項目3項(主持)。團隊已在Optics Express，Optics Letters，Liquid Crystals等期刊發表SCI論文百余篇，申請發明專利數10項；相關研究成果于2013年獲得吉林省技術發明一等獎、2017年獲中國物理學會胡剛復物理獎，培養畢業博士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、中科院百篇優秀博士學位論文獎2人次、國家獎學金和各類冠名獎學金10余人次。目前，團隊正在承擔的國家級、省部級及華為公司成果轉化項目10余項。

高分辨率的成像觀測始終是天文學及其他領域追求的目標。對于空間探測目標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就顯得尤為重要，這也就是自適應光學研究。液晶空間光調制器可對觀測光進行電控相位調節，而且具有高精度、低功耗、高空間分辨率的特點，在自適應光學領域具有重要的應用價值。本研究組針對液晶空間光調制器響應速度慢的問題，從液晶材料設計與合成、液晶器件結構設計與工藝優化等方面逐一突破，將700～950 nm工作波段的液晶器件響應時間縮短到0.75 ms。針對液晶器件偏振依賴及色散等光能量損失問題，提出基于開環控制策略的自適應光學系統設計方法，從光學系統設計、控制矩陣測量、自動控制策略優化等核心問題入手，使系統校正速度相對傳統串行控制提高約20%，提高了系統的校正能力和穩定性。如今，已經實現了液晶自適應光學成像技術在可見光波段的實用化和工程化。該項技術還可以進一步拓展應用到包括光通信、生物醫學成像及激光光束整形等研究領域。

光學相控陣是一種新型的非機械式光束掃描技術，其概念來源于傳統的微波相控陣。由于光學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相控陣，光學相控陣尺寸小、質量輕、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計與制備技術，發明了多種新型結構的液晶偏振光柵器件。系統研究了光柵組件的動態光調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，可實現衍射效率優于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良的空間可編程及可重構特性，近年來，為滿足在光通信領域、高能激光領域、光量子操控、磁環境及航空航天等領域的應用需求，團隊開展了液晶空間光調控器件、無磁液晶調制器、液晶超表面元件、可調諧液晶波導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域應用對器件能量效率、均勻性及相位調制深度的高精度要求，提升技術與工藝水平，實現了能量利用效率優于93%、均勻度最佳優于1%的LCOS器件的研制。依托上述成果，先后與北京大學、復旦大學、中山大學、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。