《自然通讯》上的一项新研究调查了向列液晶薄膜中分支光流的电调谐，揭示了在光学和光子学中具有潜在应用的受控模式和统计特性。
分支光流表现为光波在无序介质中导航的复杂模式，形成多个分支路径。
定位在弹道和扩散传输现象之间——其中弹道意味着类似于激光束的不受阻碍的直线运动，而扩散涉及散射、混沌的行为——这种现象因其在控制物理过程方面的潜力而具有重要意义。
作为有序和无序光传播之间的过渡状态，它为受控和复杂的光转向提供了一个平台。
这种操纵成为中国厦门大学的Jin-hui Chen博士和中国科学技术大学的Jian-华 江博士进行的一项研究的焦点，他们专门探索了NLC薄膜中分支光流的电调谐。
“由于它们的不稳定性质和丰富的行为，在实验中从未实现过以可控方式操纵分支流。我们发现，具有电光效应的无序液晶薄膜为光分支流的产生和调节提供了一个极好的平台，“陈博士告诉 Phys.org。
“在我访问厦门大学陈教授期间，他正在研究液晶中光的分支流。认识到拓扑缺陷在这种情况下的重要性，我了解到它们在电场下的稳定性有助于系统稳定性，允许分支光流的可重复开关，“江博士补充道。
液晶同时具有流体和固态的特性。它们的分子可以像液体一样流动，同时保持一定程度的类似于固体的秩序。这种独特的行为源于分子间作用力和热能之间的微妙平衡。
研究人员特别关注NLC的行为。向列液晶的特征是其分子在特定方向上排列，从而在材料内形成独特的顺序。这种对准对外部因素很敏感。
NLC薄膜内分支光流的电调谐涉及操纵这些液晶分子的方向。当施加电场时，它会引起分子的重新取向，从而改变NLC薄膜的性质。这个过程对于产生和调节分支光流的复杂模式至关重要。
NLC薄膜中的拓扑缺陷在这一现象中起着双重作用。
Chen博士解释说：“首先，它们有助于自发形成称为纹影纹理的结构化图案，这是由于NLC分子的无序取向和不均匀的介电各向异性造成的。这充当了传播光的微弱无序电位。
“其次，在小电压下，液晶分子的重新取向不会破坏纹影纹理。拓扑缺陷的鲁棒性，可能由界面处的表面力固定，确保了系统中光波产生的支流的良好可恢复性。
研究人员采用细致的实验装置来研究NLC薄膜中分支光流的电调谐。高精度的三维平移台允许精确调整光耦合到NLC薄膜中。
这涉及使用偏振器和半波板操纵 532 nm 激光器的偏振场。带有 10 倍物镜的显微镜有助于观察光流，光学相机收集了来自 NLC 薄膜的固有光散射。
此外，研究人员使用仿真来探索响应门控电场的液晶取向。
研究人员最令人惊讶的发现之一是拓扑缺陷的鲁棒性，这些缺陷将纹影纹理固定在液晶中，从而确定了光散射图案。
江博士解释说：“即使有一个显着的电压，使液晶分子的方向非常倾斜，在关闭电压后，拓扑缺陷也会恢复，纹影纹理也是如此。
“这使得散射电位的电调谐成为可能，并且光的分支流可以重复多次。真是出乎意料。它告诉我们液晶中的拓扑缺陷有多稳定。
Chen博士指出，一个值得注意的观察结果是闪烁指数的变化，这是支流的一个关键统计特性，随着输入光偏振的变化。这种偏振依赖性以前在其他平台中无法实现，为NLC薄膜中产生的分支光流增加了额外的复杂性和控制层。
除了拓扑缺陷以及闪烁指数与偏振之间的关系外，第三个因素也很重要：无序电位的相关长度，即材料内无序的结构或有序程度的量度，与传播光的波长有关。
无序电位的相关长度必须大于传播光的波长，才能出现支流。相关性长度越长，意味着无序模式的扩展和连贯性越强。
“由于拓扑缺陷的鲁棒性，纹影纹理和散射势是相当相干的。这些因素使一切都是可控的，使我们能够展示分支光流的美丽调谐，“江博士解释说。
在解释潜在的应用和未来的工作时，陈博士说：“液晶可以为光与物质的相互作用创造可编程的分层超结构，对外部场表现出高度敏感性。
“我们小组未来的研究将深入研究光与无序液晶系统的相互作用，探索具有光学神经网络等潜在应用的面内和面外传输配置。
从技术角度来看，江博士指出，这种现象可以增强对光束的操纵。“电气调谐对于设备操作来说是相当有前途的。例如，当连接到液晶薄膜时，它可以用作传感器或探测器的开关，“他总结道。
