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矢量光是一种特殊结构光场，偏振态在空间上呈非均匀分布的特点使得矢量光场在超分辨率成像、光学通信、激光加工等多个领域都展现出巨大的应用。随着矢量光的深入研究，同一光场内在数目和位置上具有多重奇异性的矢量光场阵列受到了众多研究者的青睐。如何产生矢量结构光阵列是其中一个研究重点。尽管目前已发展出了空间光调制器、超表面等方法，但这些技术仍存在一定的局限性。
近日，南京大学马玲玲助理教授、陆延青教授课题组在《液晶与显示》（ESCI、Scopus收录、中文核心期刊）2024年第11期发表了题为“基于近晶相液晶环面焦锥超结构的矢量光阵列”的研究文章，并被选作当期封面文章。该文章通过对近晶相液晶环面焦锥畴阵列的操控，实现了基于多层级拓扑超结构的阵列型拓扑矢量光场的产生。![]()
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图源：液晶与显示, 2024,39(11):1437-1444. Fig.2研究人员利用光控取向技术结合基于数字微镜阵列的微缩投影曝光系统，实现了对近晶相液晶环面焦锥畴阵列的可控制备（图2）。所制备的超结构阵列在室温下具有较好的稳定性，有利于该器件的实际应用。![]()
图源：液晶与显示, 2024,39(11):1437-1444. Figs.7,9
经过矢量光场计算和测试光路设计（图3（a-c）），研究人员对液晶环面焦锥畴阵列产生矢量结构光阵列的能力进行了验证。当光路中未加入检偏器时，在CCD相机上观察到了甜甜圈强度分布阵列，如图 3（d）所示，这与矢量光束中心存在偏振奇点的特性是吻合的。而当光路中加入检偏器后，研究人员在CCD相机上观察到了花瓣形强度分布阵列，如图 3（e）所示，进一步验证了实验中产生的是偏振阶数P=2的矢量光阵列。图4：近晶相液晶环面焦锥畴结构微透镜成像光路与成像效果图源：液晶与显示, 2024,39(11):1437-1444. Figs.10,11
在上述环面焦锥畴结构中，由于液晶分子的指向矢分布从中心到边缘逐渐变化，导致折射率分布梯度渐变，从而使得每一个环面焦锥畴结构都可以起到微透镜成像的作用实现对光的汇聚。为了验证这一能力，研究人员搭建了如图 4（a）所示的成像光路。3个不同形状的掩膜版依次被放置于显微镜光源处，并与环面焦锥畴微透镜阵列样品间距11 cm。图 4（b）展示了环面焦锥畴微透镜阵列在显微镜下的成像情况。结果表明，所制备的环面焦锥畴微透镜阵列具有较好的成像质量。该研究工作探讨了近晶相液晶环面焦锥畴超结构的自组装过程和其在产生矢量结构光阵列和微透镜成像中的应用。这一工作将液晶微结构的拓扑属性与结构光场的拓扑特性交叉融合，充分发挥了液晶材料在自组装制备方面的独特优势，不仅为特殊结构光场的产生、调控和探测提供了可能，还预示其在光学陷阱、微流控制和高分辨率成像等精确控制领域可能引发一系列创新性的应用。刘筱姮, 王泽宇, 王龙洋, 等. 基于近晶相液晶环面焦锥超结构的矢量光阵列[J]. 液晶与显示, 2024,39(11):1437-1444. DOI：10.37188/CJLCD.2024-0292.
魏阳，博士，2023年于南京工业大学获得博士学位，主要从事各向异性光学功能材料的性能及应用研究。
E-mail: weiyang20630@nju.edu.cn
马玲玲，博士，南京大学助理教授，2019年于南京大学获得博士学位，主要从事液晶多层级超结构及其光学性质研究。
E-mail: malingling@nju.edu.cn
监制：张莹、赵阳
编辑：赵唯
