华东理工大学郑致刚团队 AOM：基于可编辑边界锚定的液晶光学隐写术
“蓝字”利用多通道的平面光学元件实现对光的振幅、相位、偏振、波长等参量的多自由度操控是当代诸多光电子信息研究的基石。以此为基础实现的光学隐写术在光信息存储、光学加密、光学防伪等领域具有广阔应用前景。然而，传统光学隐写系统加工过程复杂，器件口径小，编码及解码过程自由度受限，限制了其进一步的应用。近日，华东理工大学物理学院郑致刚教授团队（软光子智能材料与物理）提出了一种基于液晶软材料体系的光学隐写术。通过编辑液晶的锚定边界来调制透射光的偏振及强度，实现了高精度、多通道的光学隐写系统。基于全息表面浮雕结构的可编辑液晶拼图技术（Adv. Mater.2023, 2211521）为大尺寸液晶器件的制备提供了低成本、高效率的加工方式，同时，液晶独特的电学及光学特性为信息解码提供了新的自由度。所制备的液晶光学隐写元件在短波、强光条件下仍可保持稳定并正常工作，且用封框胶封装后的器件在室温环境下可保存20个月以上，因此该技术有望进一步促进液晶多功能光学系统的商用化及工程化。该工作以“Optical Steganography via Programmable Anchoring Boundary of Soft Materials”为题发表在《Advanced Optical Materials》上。文章通讯作者为华东理工大学郑致刚教授，文章第一作者为华东理工大学博士生王翼飞。图1. 基于液晶实现光学隐写术的原理。a. 液晶光学隐写器件示意图。b. 正交偏光显微镜下平行取向的液晶织构。c. 基于平行取向液晶畴实现万花筒图像。d. 正交偏光显微镜下扭曲向列相液晶织构。e. 基于扭曲向列相液晶畴实现中国风水墨画。该研究中，作者从机理入手，通过理论计算与模拟分析了利用液晶实现光学隐写术的可能性。具体来说，当一束线偏振光穿过液晶层后，其琼斯矩阵可表示为：其中ϕ为液晶扭曲角度，，光透过液晶层产生的相位延迟为，αp为入射光相对入射端液晶指向矢的偏振角度。可推得，经过检偏器后的透射光强为：αa为入检偏器透光轴相对液晶指向矢的角度。可以看出，透射光强度受液晶扭曲角度、起偏角、检偏角等因素影响。当扭曲角度为0°（即平行取向）且平行于正交偏振片（透光轴沿x/y方向）的任意一透光轴时，液晶器件对光不产生调制，透过光强为0，因此呈现暗态；当液晶取向方向与起偏（检偏）器透光轴存在一定夹角α时，透射光产生相应的相位延迟，器件呈现出偏振干涉色（图1b, c）；扭曲向列相液晶可以改变入射光的偏振方向，在正交偏光片下可实现任意灰度图案（图1d, e）。有趣的是，取向方向为α的液晶畴与取向方向为π-α的液晶畴具有相同相位延迟，即二者在正交偏光片下呈现出相同的偏振干涉色。于是，将不同信息编码为液晶畴结构的取向信息，通过合理设计液晶畴结构的取向方向与起偏/检偏器的角度，即可实现不同信息的隐藏与读取。图2. 基于平行取向液晶畴的光学隐写术及电场调谐的偏振干涉色同理，可将信息编码至扭曲向列相液晶的扭曲角，在特定起偏/检偏角度下，同样可实现信息的隐藏与读取。图3. 基于扭曲向列相液晶畴的光学隐写术图4. 电场调控实现光学隐写术及视角依赖的光学隐写术此外，该研究还展示了基于共享孔径的扭曲向列相光学隐写术。与传统光学隐写术不同，编码在液晶层中的光信息可通过外场刺激（如外加电场）、改变视角等方式进行解码，增加信息解码的自由度。同时，由于不同解码方式伴随独特的偏振干涉色，传递出不同的光谱信息，有望实现基于可调谐色彩的新型编码技术。团队近期围绕像素化表面浮雕可编辑锚定液晶序构构筑展开研究，已经实现了序构的可编辑、可控、多维度构筑，并开发在结构光产生、编辑、结构光编码、多维度粒子操控方面的应用（Advanced Materials2023, 35, 2211521），该工作是基于上述基础向应用领域的再次深入。该研究工作得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、上海市科委创新计划项目、上海市科学委员会、上海市教育发展基金会、上海市教委“曙光计划”的支持。相关链接：https://doi.org/10.1002/adom.202202971https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202211521华东理工大学郑致刚、南京大学陆延青、东南大学李全《Adv. Mater.》：基于像素化全息表面浮雕结构实现可编辑软材料拼图华东理工郑致刚教授和东南大学李全院士合作 Nat. Commun.：在频率动态驱动倾斜螺旋液晶光学微结构方面的新进展华东理工大学朱为宏教授、郑致刚教授 JACS: 光重构非均匀螺距软物质超结构华东理工朱为宏教授、吴永真教授和郑致刚教授 Matter：实现高发光亮度、高稳定性的圆偏振钙钛矿发光华东理工朱为宏教授、郑致刚教授等 Nat. Photonics：内源手性光控开关在光编码液晶超结构应用取得突破性进展理化所江雷院士团队王京霞研究员与华理郑致刚教授《Nat. Commun.》：软超材料非扩散相变：从非晶态到简单立方和体心立方结构欢迎加入微信群高分子产学研几十个专项交流群上万名PolymerChina 高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业）