近年来，圆偏振激光凭借高相干性、窄线宽与优异的偏振选择特性，成为先进光子信息处理领域的核心光源，在量子自旋光子通信、三维显示、手性传感、光学信息加密等方向具备不可替代的应用价值。蓝相液晶（BPLCs）作为一类自组装三维手性光子材料，拥有周期性结构与圆偏振光子带隙，是构筑高性能圆偏振激光器的理想候选体系。然而当前主流的超表面光控技术依赖复杂纳米加工工艺，难以实现大范围制备与三维手性光场调控；同时现有蓝相液晶基圆偏振激光研究，尚未系统阐明晶格取向、发射角度与圆偏振度三者之间的内在关联，三维手性光与物质相互作用的底层机理尚不明确，极大限制了多方向、多通道圆偏振激光器件的设计与实用化发展。

近日，中国科学院理化技术研究所江雷院士、王京霞研究员团队，在蓝相液晶角度依赖圆偏振激光调制领域取得重要突破。团队设计并制备了一体化双层蓝相液晶光学器件，系统揭示了三维手性晶格的角度相关偏振激射规律，实现了高性能圆偏振发光与圆偏振激光输出，并完成多通道光信号编解码功能演示。相关成果以Angle‐Dependent Circular Polarization Modulation of Blue‐Phase Liquid Crystal Laser为题，发表在Advanced Functional Materials期刊上。

研究中，团队创新性提出聚合物稳定蓝相液晶谐振腔-染料增益层（PSBP/C6）双层一体化结构，将手性调制单元与光增益介质进行空间解耦，同时依托同源液晶材料体系保证界面光信号无损传输，实现了光子手性与光学增益的独立优化。该结构成功实现高效双旋向圆偏振发光，其中左旋圆偏振发光不对称因子g_lum可达 + 1.22，右旋圆偏振发光g_lum为−0.51；在此基础上获得低阈值单模右旋圆偏振激光，激光半高宽仅 0.050 nm，谐振腔品质因子高达 11083，经工艺优化后泵浦阈值低至 58.724 nJ/pulse，相较传统染料共掺蓝相液晶体系，大幅降低了腔内光子损耗，同时显著提升了激光工作稳定性。

针对蓝相液晶三维晶格与角度偏振响应的核心科学问题，团队沿 [11(_)2]、[001]、[11(_)0]特征晶轴开展系统性角分辨光学测试，首次观测到圆偏振度随探测角度呈现先升后降的非单调变化这一普适规律，直观印证了蓝相液晶的三维手性光学调制特征。研究结合偏光显微镜、反射光谱与 Kossel 衍射表征，证实所制备聚合物稳定蓝相液晶具备单畴规整晶格与窄带光子带隙，是构筑高品质谐振腔的基础；进一步利用同步辐射共振软X射线散射（syn-RSoXS）解析晶体结构，明确样品为体心立方晶格。团队结合双扭曲模型与耦合模理论开展理论计算，阐明了蓝相液晶介电各向异性的空间分布、光传播路径是决定角度依赖圆偏振特性的两大核心因素。研究同时发现，圆偏振发光光谱会随探测角度增大发生明显蓝移，其圆偏振强度与光子带隙、染料荧光峰的重叠范围直接相关，完善了蓝相液晶 “结构-光谱-偏振性能” 的关联机制。

依托该器件独特的角度依赖手性响应与泵浦能量可调特性，团队进一步开展功能化应用探索。通过调控泵浦光能量，实现了圆偏振发光与圆偏振激光的动态切换；结合不同角度下差异化的偏振输出特征，成功搭建阵列化光信号编码-解码体系，完成单输入、多输出的多通道圆偏振光信号传输演示。该方案无需复杂光学元件即可实现多路并行光信息处理，为高通量光通信、光学防伪、并行光计算等场景提供了全新实现路径。

该项工作不仅深度揭示了三维手性光子晶体中角度依赖型圆偏振激射的物理本质，填补了蓝相液晶偏振激光领域的机理研究空白，还构建了一套结构简单、可规模化制备的集成手性光子器件设计范式。研究成果为开发自旋可控光源、复杂光学逻辑器件、多通道光子通信设备提供了坚实的理论与实验支撑，将有力推动蓝相液晶基柔性光子器件、手性光电器件的技术升级与产业化进程。

本研究由王京霞研究员、李敬研究员共同担任通讯作者，博士研究生魏敬科为论文第一作者。研究工作得到国家自然科学基金（项目编号：52373001等）、中国博士后科学基金（2025M780182）等多项项目资助，同时获得上海同步辐射光源 BL20U 光束线站的测试支持。

中国科学院理化技术研究所江雷院士、王京霞研究员团队长期深耕蓝相液晶（BPLCs）领域，并取得了一系列重要突破。例如，团队率先利用商用液晶材料成功制备出具有宽温域、高品质的蓝相液晶聚合物（J. Mater. Chem. C 2019, 7, 9460）。在此基础上，通过透射电镜、同步辐射、2D光学表征等多种先进手段，揭示了蓝相液晶的马氏体转变机制（Nat. Commun. 2021, 12, 3477），并深入研究了聚合物蓝相液晶的光学热稳定性（Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2412439）。进一步，团队开发了基于聚合物蓝相液晶的高品质激光谐振腔，通过调控带隙变化实现了单模、双模、三模及四模激射的可控调制（Adv. Mater. 2022, 34, 2108330）。通过优化聚合物蓝相液晶的组成及聚合度，团队成功将蓝相激射的温域扩展至超过400℃（Adv. Mater. 2022, 34, 2206580;Adv. Mater. 2024, 36, 2308439）。团队还通过迈克尔加成反应制备了柔性蓝相液晶弹性体，并原位表征了其拉伸变形过程对晶格结构及光学性能的影响，研究了其宽温域的光学性能，及宽温域的拉伸激光性能（Adv. Mater. 2025, 37, 2416448）。此外，团队还将蓝相液晶模板应用于光子纸领域，通过将聚合物模板蓝相（PTBPs）与喷墨打印技术相结合，利用小分子液晶5CB作为墨水，实现了高精度“活”图案的制备（Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2110985），并突破性地实现了 3D手性色彩单元的可编程时空调控与加密（Adv. Mater. 2025, 37, 2411988），以及提出了制备结构连续且色彩均匀的双手性蓝相液晶（DH-BP）薄膜的优化方案（ACS Appl. Mater. Interfaces 2025, 17, 18907）。此外，通过多种墨水的协同印刷技术，精准构建了具备温度-时间依赖性的动态图案（Adv. Funct. Mater. 2025, 2424107），进一步拓展了蓝相液晶在智能光子显示与信息加密领域的应用前景。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.76292

图1. 双层 PSBP/C6 光学薄膜的制备流程、微观结构与基础光学表征

图2. PSBP/C6 薄膜的圆偏振发光性能及其角度依赖特性

图3. PSBP/C6 的激光发射行为、参数优化与光学性能对比

图4. 蓝相液晶晶格结构与角度依赖型圆偏振激光调制特性

图5. 多通道圆偏振光信号编码与解码的应用验证