封 面 文 章 | Xu CT, Li L, Chen QM et al. Soft chiral superstructure enabled dynamic polych romati c h o l ography. Opto-Electron A dv 9, 250177 (2026).

第一作者：徐春庭、李露

通信作者：胡伟

研究背景

光，作为信息传递的核心载体，其颜色(波长)、偏振和相位等多个维度，犹如一组复杂的密码，共同决定了我们所看到的世界和信息传递的容量。在现代信息技术中，如何高效、动态地操控这些光的“密码”，是实现高容量数据存储、高安全性信息加密的关键。传统的光学元件，如透镜和光栅，依靠光在传播路径中逐渐积累的相位变化来工作，往往体积庞大且功能固定。近年来，基于超表面的平面光学技术兴起，它通过在亚波长厚度的平面上精密排布纳米结构，就能实现对光波前的任意塑造，极大地推动了光学器件的微型化和集成化。

然而，绝大多数超表面一经制备，其功能便固化了，难以实现动态调控。这成为了平面光学迈向需要实时交互实际应用场景(如动态全息显示、可重构光学处理器)的主要瓶颈。因此，科学家们将目光投向了另一类充满“智慧”的材料——液晶。这种我们日常生活中液晶显示屏的核心材料，其呈现出独特的软物质特性：在外界刺激(如电场、温度、光)下，其分子取向可以发生快速可逆的改变，从而动态地调制穿透光的性质。这种与生俱来的“电控可变”特性，使其成为实现动态平面光学的理想候选者。

目前，在单一器件中实现宽带、动态且与复杂波前调制(如全息)深度集成的多色调控，仍面临巨大挑战。现有方案多依赖于多层独立器件的空间堆叠或复杂结构设计，导致对准困难、工作带宽受限或者工艺复杂。因此，开发具有动态和多通道功能的新型平面光学器件成为该领域迫切的追求。

本文亮点

南京大学胡伟教授课题组在动态平面光学领域取得重要进展。他们创新性地利用聚合物稳定胆甾相液晶(CLC)这一软物质手性超结构 ，成功实现了波长与偏振双重复用的动态多色全息显示， 如图1所示 。 该工作以 “Soft chiral superstructure enabled dynamic polychromatic holography” 为 题 ， 发 表 于 Opto-Electronic Advances 2026 年 第 2期 ，并被选为封面文章。

图1波长与自旋复用动态多色全息示意图。(a)手性相反、初始取向不同的级联手性超结构的动态多通道多色全息技术；(b)基于k空间编辑的多色全息示意图

本研究的技术核心在于实现了 “结构编程”与“动态宽带响应 ” 的有机融合。研究团队首先基于改进的Gerchberg-Saxton算法， 结合k空间工程进行设计， 为红(R) 、 绿 (G) 、 蓝(B)三基色光分别计算并合成了具有特定偏转角度的离轴相位型全息图。 随后 ，利用高精度数字光配向技术 ，将相位信息编码到聚合物稳定CLC层的初始分子取向上 ，完成了全息功能的“ 写入 ” 。如图2所示 ，器件的动态性能则源于其独特的电响应机制 ：在零电场下 ，液晶保持均匀螺距 ，光子带隙窄(~40 nm) ，仅能高效反射并调制特定波段(如绿光)的入射光 ，呈现单色全息像； 随着直流电场增强 ，螺旋结构转变为梯度螺距 ，反射带宽被连续展宽 ，从而覆盖大部分可见光范围。此时 ，预先编码的红光与蓝光全息通道被依次“激活 ” ，最终与绿光通道在空间合成 ，动态重构出高质量的全彩色全息图像。整个过程完全动态可逆 ，切换时间达到百毫秒量级。

图2基于聚合物稳定胆甾相液晶的电致变色全息。(a)不同电压下反射谱；(b)反射率及相位与波长及取向角的依赖关系；(c)样品相位分布及其偏光显微照及全息图案

进一步的 ，研究团队充分利用了CLC布拉格反射所固有的自旋选择性及由此产生的几何相位(即布拉格-贝里相位)调制特性。他们通过将两个螺旋手性相反、并分别编码有不同全息信息(如“天气符号”与“变色龙”)的聚合物稳定CLC层进行级联 ，构建了一个自旋复用动态多色全息器件。该器件能够根据入射光的左旋或右旋圆偏振状态 ，选择性地显示对应的全息图像 。如图3所示 ，通过控制施加的电压 ，可以可逆地减少或增加颜色通道 。这种设计实现了偏振与波长两个维度的正交复用 ，在单一器件平台上构建了多达六个可独立寻址的光学信息通道 ，显著提升了器件的功能密度和信息承载容量。

图3自旋复用动态多色全息。(a)自旋依赖衍射效率；(b)级联相反手性胆甾相液晶；(c)自旋与波长复用全息

此项研究标志着动态平面光学从静态图案显示向智能多参数调控迈出了关键一步。该技术非常适合应用于高安全性动态光学防伪、可切换的多维信息显示以及高密度的光信息加密存储系统。例如，在高端防伪领域，标签呈现的彩色全息图像可随验证电压动态变化，且需匹配特定偏振光才能读取，从而构筑多重防伪壁垒。该研究探讨了手性软物质在主动空间光调制方面的能力，有望提供一种紧凑、动态且多通道的平台，从而激发动态全息显示、光束整形、信息处理及高安全加密等领域的奇妙应用。

研究团队简介

徐春庭，南京大学现代工程与应用科学学院博士后。现为南京理工大学副教授。 研究方向为微纳光子学与光场调控技术，在特种光束调控、动态全息及光学成像等领域开展了一系列原创性工作。在Opto-Electron. Adv.、PhotoniX、Laser & Photonics Rev.等刊物发论文20篇。入选江苏省卓越博士后计划，主持国家自然科学基金青年项目、江苏省自然科学基金青年项目等项目。

李露，南京大学现代工程与应用科学学院博士生，研究方向主要包括胆甾相液晶微结构及其操控、光学全息显示，相关研究工作发表于Opto-Electron. Adv.期刊。

胡伟，南京大学教授、博导。专注于液晶光子学研究，在Nature子刊, Phys. Rev. Lett., Sci. Adv., Adv. Mater., Opto-Electron. Adv.等期刊发表论文200余篇，被引9000 余 次，h-index 54（Google Scholar）。荣获江苏省科学技术一等奖（2020, 2024）、中国光学工程学会科学技术一等奖（2023）、中国光学十大进展（2018、2019） 等。

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