南京大學(xué)實(shí)現(xiàn)多維度聯(lián)合復(fù)用的動(dòng)態(tài)全息技術(shù)
南京大學(xué)陳鵬副教授、胡偉教授、陸延青教授課題組利用非對(duì)稱表面錨定的光控手性可翻轉(zhuǎn)的液晶超結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多維度聯(lián)合復(fù)用的動(dòng)態(tài)全息技術(shù)。 iI$;%uY3g
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數(shù)據(jù)的有效記錄、加密處理和解密讀取，在現(xiàn)代信息社會(huì)顯得至關(guān)重要。起源于上世紀(jì)的全息技術(shù)，已成為編碼和重構(gòu)目標(biāo)光學(xué)信息的關(guān)鍵手段，被廣泛應(yīng)用于大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息加密與防偽、醫(yī)學(xué)成像診斷等領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)全息干板或空間光調(diào)制器都依賴于光在特定折射率介質(zhì)中傳播所累積的光程差，往往需要彎曲表面或漸變折射率分布，造成器件加工繁瑣、體積龐大且功能單一。 3|
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為了滿足光信息處理在容量、功能性、安全性等方面的迫切需要，同時(shí)迎合光子技術(shù)小型化、集成化的發(fā)展趨勢(shì)，基于幾何相位超構(gòu)表面的全息技術(shù)近年來(lái)成為光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，大量創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)。得益于光子豐富的物理維度，若干先進(jìn)的復(fù)用超表面全息被相繼提出，可大幅提升數(shù)據(jù)密度、增強(qiáng)信息處理安全性。盡管如此，受限于復(fù)雜的物理機(jī)制、固化的材料屬性、精密的加工要求，在寬譜效率提高、復(fù)用維度拓展、可逆動(dòng)態(tài)調(diào)控等方面仍面臨巨大挑戰(zhàn)。 ;8 Ts
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針對(duì)這一挑戰(zhàn)，課題組在前期手性液晶幾何相位研究（Adv. Mater. 2018, 30, 1705865；Nat. Commun. 2019, 10, 2518；Adv. Mater. 2020, 32, 1903665）基礎(chǔ)上，進(jìn)一步厘清了手性液晶光子帶隙內(nèi)光的有限穿透深度機(jī)制，利用光配向圖案化獲得非對(duì)稱表面錨定，并引入光敏手性分子，構(gòu)筑光控手性可翻轉(zhuǎn)的幾何相位超結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了傳播方向、波長(zhǎng)、偏振、時(shí)間等多維度聯(lián)合編碼的動(dòng)態(tài)復(fù)用全息（圖1）。獨(dú)立信道可用于不同方向、行動(dòng)信息的密鑰定制，實(shí)現(xiàn)了高密度、高安全性的信息加密與解密應(yīng)用，為動(dòng)態(tài)全息、信息復(fù)用開(kāi)拓新思路。 ``, q[|
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圖1. 基于光控手性液晶超結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)多維全息復(fù)用示意圖 303x|y
膽甾相液晶具有獨(dú)特的自組裝手性光子晶體結(jié)構(gòu)，光子帶隙內(nèi)的反射光被賦予與螺旋軸排列相關(guān)的幾何相位，且兼具多元化刺激響應(yīng)特性，有望為動(dòng)態(tài)全息技術(shù)提供理想的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。課題組設(shè)計(jì)混配了相反手性的靜態(tài)手性劑和光敏分子開(kāi)關(guān)，制備了光致螺距可變、手性可翻轉(zhuǎn)的膽甾相液晶材料。在特定波長(zhǎng)光照刺激下，光子帶隙可在綠光至通訊波段超過(guò)1000 nm范圍內(nèi)雙向連續(xù)調(diào)諧，產(chǎn)生圓偏振選擇的寬帶全息圖案。同時(shí)，光控手性翻轉(zhuǎn)會(huì)伴隨幾何相位的共軛反向，帶來(lái)全息復(fù)現(xiàn)圖案的光控可逆變換，例如阿拉伯?dāng)?shù)字、笑臉等圖案的動(dòng)態(tài)反轉(zhuǎn)。此外，光的傳播方向是另一個(gè)有趣卻鮮有利用的物理維度，在手性液晶光子帶隙內(nèi)，光的穿透深度有限。課題組利用光控圖案化獨(dú)立控制微區(qū)手性液晶首尾兩端的分子排列，實(shí)施點(diǎn)對(duì)點(diǎn)編碼，從而引入上下表面錨定的非對(duì)稱性，并得益于液晶分子快速、自適應(yīng)的受控組裝能力，獲得極為復(fù)雜的三維手性液晶幾何相位超結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)構(gòu)筑，實(shí)現(xiàn)基于傳播方向編碼的新穎雙向全息技術(shù)，且不同入射面的復(fù)現(xiàn)圖案互不干涉交疊。 We@wN:
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聯(lián)合上述偏振、波長(zhǎng)、傳播方向、光照時(shí)間等多個(gè)維度編碼，課題組展示了新型信號(hào)燈（圖2）的簡(jiǎn)單應(yīng)用實(shí)例，獨(dú)立密鑰可以解鎖不同的方向與行動(dòng)信息，實(shí)現(xiàn)了高密度、高安全性的信息加密與解密。該工作提出了一套基于手性液晶幾何相位超結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)多維全息復(fù)用的新方案，得益于"自下而上"的液晶分子受控自組裝與"自上而下"的非對(duì)稱圖案化錨定的協(xié)同作用，該方案展現(xiàn)出較高的靈活性，同時(shí)具有成本低廉、制備便捷、操作簡(jiǎn)便、非侵入性等優(yōu)勢(shì)，為信息存儲(chǔ)、處理與顯示等領(lǐng)域提供新思路和新技術(shù)。 4Jk[X>I~
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圖2. 信息加密與解密應(yīng)用 .|/V D'xV"
相關(guān)成果以"Simultaneous realization of dynamic and hybrid multiplexed holography via light-activated chiral superstructures"為題，發(fā)表于《Laser & Photonics Reviews》（DOI: 10.1002/lpor.202200011），并入選內(nèi)封面Inside Back Cover。 a\xf\$Ym
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南京大學(xué)為該論文唯一單位，現(xiàn)代工學(xué)院陳鵬副教授為第一作者，陳鵬副教授、胡偉教授、陸延青教授為共同通訊作者，研究生沈志雄、徐春庭、張逸恒、及葛士軍副研、馬玲玲副研對(duì)本文亦有重要貢獻(xiàn)。該研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（青年科學(xué)家項(xiàng)目）、江蘇省前沿引領(lǐng)技術(shù)基礎(chǔ)研究專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金及江蘇省雙創(chuàng)計(jì)劃等資助完成。 2SXy)m
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論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202200011
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