基于电调谐90°扭曲向列相液晶的线性偏振光精准修复技术及其应用研究

本研究针对线性偏振光传输过程中因外部因素导致的偏振方向偏差问题，创新性地开发了一种基于电调谐90°-扭曲向列相液晶（90°-TNLC）的偏振修复器。通过施加交流电场刺激，该器件可将偏离偏振方向的线偏振光精准校正至目标方向，同时保持80%的高透光率和低能耗特性。实验与1D-DIMOS模拟验证了其低阈值电压（<1.5V）、窄工作电压范围（1.5-3V）及高线性偏振度（DoLP>0.9）的优势，为光纤通信、空间光调制器（SLM）等光学系统提供了高效解决方案。

　　

在光学技术领域，偏振光的精准操控一直是核心挑战。从液晶显示（LCD）到量子通信，偏振方向的偏差会显著降低系统性能。传统解决方案如波片（waveplate）受限于固定相位延迟和色散问题，而扭曲向列相液晶（Twisted Nematic Liquid Crystal, TNLC）虽能动态调控偏振，却面临多光学元件叠加导致的效率损失和操作复杂性。更棘手的是，现有技术难以同时满足β角（入射偏振与液晶取向夹角）无关性和电调谐需求，制约了其在精密光学系统中的应用。

针对这一瓶颈，台湾国家科学及技术委员会资助的研究团队在《Optical Materials》发表了一项突破性成果。研究人员设计了一种基于90°-TNLC的电调谐偏振修复器，通过优化液晶厚度d、双折射率Δn与波长λ的匹配条件（dΔn/λ=1.27-1.7），实现了对任意入射偏振角（β角）的高精度校正。该器件仅需单一液晶盒结构，即可在1.5-3V低电压范围内动态调整输出偏振方向，同时保持>0.9的线性偏振度（Degree of Linear Polarization, DoLP）和80%的透光率。

关键技术方法
研究采用E7型向列相液晶（n_o
=1.52，n_e
=1.73@633nm），通过光配向技术制备90°-TNLC盒。利用偏振显微成像和电光测试系统量化偏振旋转角（PRRA）与DoLP，结合1D-DIMOS模拟验证电场下分子取向变化。关键参数通过Maigun条件优化，确保宽波段性能。

研究结果

1. 实验部分：E7液晶的螺旋结构在电场下从扭曲态转变为垂直排列（图3a），β_A
   角（入射偏振与输出偏振夹角）通过电压精确调控。
2. 结果与讨论：器件在1.5V阈值电压下启动，3V时完成90°偏振旋转。相位延迟导致的PRRA偏差<5°，但DoLP始终>0.9（图4b）。1D-DIMOS模拟显示电场均匀性对分子重排至关重要。
3. 结论：该偏振修复器以简单结构实现β角无关性调控，适用于SLM和光纤系统。未来可通过材料优化进一步降低工作电压。

意义与展望
此项研究突破了传统偏振调控技术的局限性，为高精度光学系统提供了轻量化解决方案。Ko-Ting Cheng团队提出的电调谐策略不仅简化了光学路径，其低能耗特性更符合绿色光电发展趋势。该技术有望推动VR显示、激光加工等领域的革新，尤其为恶劣环境下的偏振稳定传输提供了新思路。