近日，东南大学夏军团队联合新加坡科技研究局（A*STAR）Ramón Paniagua-Domínguez 团队，提出了一种基于液晶可调纳米腔的动量–偏振联合调控发光器件，实现了对光致发光方向性与偏振态的连续、宽范围动态调制。该研究通过在纳米腔结构中引入液晶电控调谐机制，在发光过程中实现了光场方向性与偏振态的协同调控，为片上可调发光器件的实现提供了新的设计思路。
相关成果以“Dynamic Control of Momentum–Polarization Photoluminescence States with Liquid-Crystal-Tuned Nanocavities”为题发表在Advanced Optical Materials上。东南大学博士生董成坤为论文第一作者。
动态光场调控，尤其是光束指向和偏振态的可调控制，在光通信、激光雷达（LiDAR）、增强现实和生物成像等领域具有重要应用价值。现有片上光学系统中，实现光束方向和偏振态调控通常依赖多级光学结构或额外的调制单元，在系统集成度、功耗和结构复杂性方面仍面临一定挑战。
相比之下，在发光阶段直接对光场特性进行调控，有助于实现更加紧凑和高效的片上光源方案。然而，发光体通常具有非相干、各向同性辐射特性，如何在保持发光效率的同时实现连续、可逆且可控的光场调制，仍是集成光子学领域的重要研究问题。
液晶材料因其电控各向异性和低功耗调谐特性，为实现可调发光调控结构提供了有力支撑。
图1 器件架构图
研究团队提出了一种液晶可调 Fabry–Perot 纳米腔发光调制器，通过将准二维钙钛矿发光层与具有可调双折射特性的纳米腔结构相结合，实现了对发光动量空间分布与偏振态的联合动态调控。
该器件由上下反射镜构成的 Fabry–Perot 纳米腔以及夹置其中的液晶层组成。通过外加电场改变液晶分子的取向，可连续调节腔内的有效折射率与各向异性，从而调控腔模的色散特性和偏振选择性。
·在动量空间上，实现了发光角分布的连续调节与重构，增强了发射方向性；
·在偏振维度上，可在不同线偏振态之间实现稳定、可逆的切换；
·动量调控与偏振调控可协同作用，为发光态的多维调控提供了新的实现方式。
该方案结构紧凑，调控方式清晰，具有良好的片上集成潜力。
图2 光致发光调控
实验与结果
研究团队在纳米尺度下构建了液晶可调 Fabry–Perot 纳米腔结构，并将准二维钙钛矿发光材料集成其中，实现了腔模品质因子与液晶可调双折射特性的协同优化。
实验结果表明：
·在外加电压驱动下，器件的发光角分布可在较大范围内连续调节；
·发光偏振态可实现稳定、可逆的动态切换；
·在调控过程中，器件保持了良好的发光强度和光谱稳定性。
该结构充分体现了液晶材料低功耗、可重复调谐的优势，实现了无需机械扫描的发光波前调控。
图3 光束偏转与偏振梯度调控
该工作提出了一种基于液晶可调纳米腔的动态发光调控方案，在紧凑器件结构中实现了对光致发光方向性与偏振态的连续可调控制。研究结果为片上可调发光源和多维光场调控器件的设计提供了新的思路，对集成显示、光通信及智能感知等应用方向具有参考价值。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adom.202503022
撰稿|课题组
