近日，中国科学技术大学苏州高等研究院蒋建华教授团队与厦门大学和南京大学研究团队合作在弱无序液晶波导体系中光分支流的形成与调控方面研究取得重要进展，相关成果以“Electrical tuning of branched flow of light”为题发表于《自然· 通讯》（Nature Communications, 2024, 15, 197）。

当波在具有弱无序关联势的介质中传播时，它们会分裂成随机聚焦的分支传输通道，导致波强度的强烈涨落——这是一种被称为分支流的基本现象。这些分支传输通道源于波传播中的随机焦散，是在弹道极限和扩散极限之间的波动力学领域中普遍存在的效应。分支流现象最早在二维电子气发现，该物理效应研究已扩展到各种波动体系中，如声波，弹性波和浅水波；但是由于其具有复杂的统计性质与动力学行为，以可控的方式调控分支流从未在实验上实现。

图1. 无序向列型液晶波导中的光分支流现象。a. 实验装置。b. 在偏光显微镜下观察到的液晶膜的纹影织构。c. 无序液晶指向矢分布。d. 液晶波导随机势分布与关联函数。e. 光分支流的典型场分布。

此项工作中，研究团队首先利用无取向的向列相液晶波导，通过指向矢非均匀分布来构造弱无序关联散射势，理论和实验证明这种弱无序势的相关长度大于传播光的波长，满足分支流的形成条件，并系统地研究光分支流的统计特性。进一步地，基于液晶的电光效应实现对弱无序光学势的可逆调谐，从而实现对面内传播光场的分支流现象和普通衍射效应的切换。值得注意的是，由于液晶波导中内禀的拓扑缺陷在电场下的稳定性，这种调谐过程是高度可逆和可重复的。此外，由于液晶的光学各向异性，研究发现分支流效应高度依赖于入射光偏振，为分支光流的定量调谐提供了新的自由度。

该研究得到了国家自然科学基金的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-44500-8

（生物医学工程学院、科研部）