一个由华沙大学物理学院、军事技术大学及克莱蒙奥弗涅大学帕斯卡学院组成的研究小组，开发出一种在光学微腔中利用胆甾相液晶的新方法。该团队创建的平台可形成并动态调节集成自旋轨道耦合(SOC)与受控激光发射的光子晶体，相关成果发表于《激光与光子学评论》杂志。光学微腔内排列的胆甾相液晶均匀螺旋(ULH)结构，通过细长分子自组织形成一维周期性光子晶格，其轴线位于腔体平面内。

“我们设计了一种均匀螺旋结构，这种自组织螺旋结构由一种类似于铅笔的细长分子构成。”华沙大学物理学院的Jacek Szczytko教授解释道。这种胆甾醇螺旋结构由层层平行排列的分子构成，分子方向逐层扭转，形成类似DNA的螺旋形态。在特定照明条件下，垂直于螺旋轴线观察时，可观察到宽度等于螺旋螺距的清晰条纹。“通过响应电场的液晶，我们能够精确控制螺距，进而调控光子带结构，为光子工程开辟新视角。”Szczytko教授补充道。

光学微腔将光限制在一维空间，使光子表现出类似有质量粒子的特性。研究团队利用与军事技术大学合作研制的液晶光学微腔，探索光如何获得物质属性，同时保留其独特特性。军事技术大学Wiktor Piecek教授团队负责制作光学微腔，采用Eva Oton教授设计的螺旋结构，并由Przemysław Morawiak博士和Rafał Mazur博士完成腔体组装。“开发合适的液晶混合物，并使其在光学腔内形成有序均匀的螺旋结构，是材料工程领域的复杂挑战。”Piecek教授强调。

该系统通过自组织形成的结构表面积达数百平方微米，且液晶分子在电场中可重新取向，实现动态调控微腔内光能带结构。“施加电压后，我们可通过摄像机实时观察结构演变，同时保持周期性顺序。”论文第一作者Marcin Muszyński博士指出。研究还引入有机染料，观察到双激光发射及线性和圆偏振激光现象。“这些结果表明，我们的研究兼具基础性与应用价值。”共同作者Piotr Kapuscinski博士总结道。

更多信息： Marcin Muszyński 等人，《液晶微腔中的电可调自旋轨道耦合光子晶格》，《激光与光子学评论》(2024 年)。