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  最近，南京大學現代工學院胡偉教授、陸延青教授團隊通過合理預設液晶平面結構取向，誘導液晶組裝實現特定的折射率平面分布，制備出均質、各向異性的集成光子元件。基于溫度與入射偏振控制，實現了單個元件的功能調諧與開關。進一步結合電場、光場等外場的定點操控，有望實現片上分立元件的動態串并聯。該“軟”集成光子元件將為可編程集成光子芯片提供一種可行的解決方案。該成果以Liquid-crystal-mediated active waveguides toward programmable integrated optics為題，于2020年3月18日在線發表在《先進光學材料》上（Adv. Opt. Mater. 2020, 1902033）。

  現代光子技術不斷朝向小型化、集成化、多功能與自適應等方向發展。片上集成光子芯片在光信息處理、光通訊與傳感等領域發揮了至關重要的作用。光波導是實現各類集成光子元件功能和彼此連接的基礎。其通過控制空間折射率分布實現電磁波的全內反射來操控光的定向傳播。光波導通常經由設定硅、二氧化硅、III-V族、鈮酸鋰和聚合物等材料的微結構或摻雜分布來實現。傳統的集成光子芯片好比雕版印刷，功能元件與連接波導以固定的結構和材料組成進行大批量的復制，因此芯片的組織架構和功能都是固定的，一旦局部損壞，整個芯片的功能也被破壞。如能實現分立元件的動態波導連接，則可實現光子芯片的可編程控制（可類比于活字印刷術），按需進行芯片賦能，能夠大大提升芯片的安全性與可靠性。

  針對這一目標，該研究團隊利用光控取向技術進行液晶指向矢面內分布的精確操控，以獲得預設的各向異性折射率空間分布，從而制備出一系列基于均質液晶材料的漸變折射率波導元件。論文中展示了直形/U型波導、環形諧振腔等多種集成光子元件。基于液晶這類軟物質的內稟外場刺激響應特性，團隊還通過熱調控和入射偏振變化實現了波導功能的調諧與開關。上述設計同樣適用于光聚合液晶薄膜材料，這賦予該類液晶波導元件優良的柔韌性。通過有選擇性的局部聚合，結合電場、光場等外場的定點操控，有望實現固定功能元件之間的動態波導連接，從而為未來可編程集成光子芯片提供一種可能的方案。

圖1a，液晶波導指向矢空間分布示意圖；b，溫度控制的液晶直波導開關；

c，彎曲波導與環形諧振腔中的光傳導；d，集成“軟”光子芯片。

  17級碩士生魏挺和陳鵬副研究員為該論文共同一作，胡偉教授和陸延青教授為本文通訊作者，唐明劼、吳光興、陳召憲、沈志雄、葛士軍副研究員和徐飛教授對本文有重要貢獻，姜校順教授給予了建設性意見。該研究由國家重點研發計劃、自然科學基金、省杰青等項目資助完成，同時獲得人工微結構科學與技術協同創新中心、南京大學十百千工程、中央高校基本科研業務費等平臺與項目的支持。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adom.201902033