中国科学院长春光学精密机械与物理研究所液晶光学团队——聚焦液晶材料、器件、系统的全链条应用

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所液晶光学研究团队由长春光机所液晶学科带头人宣丽研究员于2000年创立，是应用光学国家重点实验室重要研究团队之一。该团队由应用光学国家重点实验室副主任、吉林省中青年科技创新领军人才穆全全研究员领衔，现有研究人员13人，其中博导5人，硕导2人，中科院青年创新促进会会员3人、长春光机所人才2人。团队一直致力于液晶材料、液晶物理、光调控器件及其应用的研究，涵盖从基础到工程领域的全链条，在高速及高折射率液晶材料、特种液晶光调控器件、自适应光学技术、光学相控阵技术等方面取得了一系列重要研究成果，目前在自适应光学方向已完成NSFC重点项目1项，面上项目4项；在液晶材料方向完成面上项目2项；在液晶器件方向完成面上项目3项；在液晶相控阵及应用方向完成预研项目3项(主持)。团队已在Optics Express，Optics Letters，Liquid Crystals等期刊发表SCI论文百余篇，申请发明专利数10项；相关研究成果于2013年获得吉林省技术发明一等奖、2017年获中国物理学会胡刚复物理奖，培养毕业博士60余人，硕士10余人，博士后4人，其中博士论文获全国百篇优博论文提名奖1人次、中科院院长特别奖2人次、中科院百篇优秀博士学位论文奖2人次、国家奖学金和各类冠名奖学金10余人次。目前，团队正在承担的国家级、省部级及华为公司成果转化项目10余项。

高分辨率的成像观测始终是天文学及其他领域追求的目标。对于空间探测目标穿越大气层的成像而言，对大气畸变波前进行实时补偿校正的波前校正技术就显得尤为重要，这也就是自适应光学研究。液晶空间光调制器可对观测光进行电控相位调节，而且具有高精度、低功耗、高空间分辨率的特点，在自适应光学领域具有重要的应用价值。本研究组针对液晶空间光调制器响应速度慢的问题，从液晶材料设计与合成、液晶器件结构设计与工艺优化等方面逐一突破，将700～950 nm工作波段的液晶器件响应时间缩短到0.75 ms。针对液晶器件偏振依赖及色散等光能量损失问题，提出基于开环控制策略的自适应光学系统设计方法，从光学系统设计、控制矩阵测量、自动控制策略优化等核心问题入手，使系统校正速度相对传统串行控制提高约20%，提高了系统的校正能力和稳定性。如今，已经实现了液晶自适应光学成像技术在可见光波段的实用化和工程化。该项技术还可以进一步拓展应用到包括光通信、生物医学成像及激光光束整形等研究领域。

光学相控阵是一种新型的非机械式光束扫描技术，其概念来源于传统的微波相控阵。由于光学相控阵是以工作在光波段的激光作为信息载体，因而不受传统无线电波的干扰，而且激光的波束窄，不易被侦察，具备良好的保密性。另外，相比于大体积的电学相控阵，光学相控阵尺寸小、质量轻、灵活性好、功耗低。针对其中的核心元件——液晶偏振光栅，本研究组突破了液晶偏振光栅设计与制备技术，发明了多种新型结构的液晶偏振光栅器件。系统研究了光栅组件的动态光调控行为与光传输模式，建立了大口径、小周期液晶偏振光栅曝光装置，可实现衍射效率优于98%、口径50 mm的液晶偏振光栅组件的研制。

得益于液晶材料与器件优良的空间可编程及可重构特性，近年来，为满足在光通信领域、高能激光领域、光量子操控、磁环境及航空航天等领域的应用需求，团队开展了液晶空间光调控器件、无磁液晶调制器、液晶超表面元件、可调谐液晶波导器件等方面的研究工作。围绕光通信、光加工、光量子操控等前沿领域应用对器件能量效率、均匀性及相位调制深度的高精度要求，提升技术与工艺水平，实现了能量利用效率优于93%、均匀度最佳优于1%的LCOS器件的研制。依托上述成果，先后与北京大学、复旦大学、中山大学、中科院生物物理所单位开展了合作研究，并取得了一系列成果。