近日，Laser Photonics Review 報道了南京大學(xué)陸延青教授、廈門大學(xué)陳錦輝教授和南京郵電大學(xué)李炳祥教授團(tuán)隊聯(lián)合提出的基于液晶二維疇結(jié)構(gòu)設(shè)計的光分支流調(diào)控方法，首次實現(xiàn)對光分支流的定制化產(chǎn)生，相關(guān)工作“On-Demand Tailoring of Optical Branched Flow via Soft Matter Domain Engineering”(Laser Photonics Rev. 2025, 2401717.)通過光控取向技術(shù)在液晶中構(gòu)建可控弱無序光學(xué)勢場，揭示了邊界誘導(dǎo)的單側(cè)分支新機(jī)制。該研究拓展了波動傳播與軟光子學(xué)的研究邊界，為基于衍射的光計算提供新方案。

該工作利用晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的平凸透鏡以及石英波片，為液晶面內(nèi)分支流的產(chǎn)生提供穩(wěn)定的光束整形和偏振控制。

分支流（Branched Flow）是一種具有高度空間聚焦特性的波動傳播現(xiàn)象，廣泛存在于電子、聲波、水波和光波等系統(tǒng)中。當(dāng)波動在具相關(guān)性的弱無序勢場中傳播時，不再呈現(xiàn)散斑式的隨機(jī)擴(kuò)散，而是形成類樹狀的高強(qiáng)度分支結(jié)構(gòu)。這一現(xiàn)象不僅揭示了波動與介質(zhì)間復(fù)雜的相互作用機(jī)制，還在光計算、波控芯片等前沿應(yīng)用中展現(xiàn)出廣闊前景。然而，受限于其對勢場相關(guān)性和波動初始條件的強(qiáng)依賴，分支流的可控激發(fā)與定向調(diào)控面臨技術(shù)瓶頸。

液晶作為典型軟物質(zhì)材料，因具備優(yōu)異的外場響應(yīng)性（如電場、光照）與各向異性，可通過外部場實現(xiàn)光學(xué)參數(shù)的可編程調(diào)制，成為構(gòu)建可重構(gòu)光場平臺的理想介質(zhì)。盡管液晶在面外方向的光調(diào)控已有深入研究，如何在二維平面內(nèi)精確塑造并操控光的分支流結(jié)構(gòu)，發(fā)展基于液晶的片上光束調(diào)控技術(shù)，仍是亟需突破的關(guān)鍵問題。

在該工作中，南京大學(xué)陸延青教授、南京郵電大學(xué)李炳祥教授與廈門大學(xué)陳錦輝教授團(tuán)隊聯(lián)合提出了一種基于“二維疇結(jié)構(gòu)設(shè)計”的分支流調(diào)控策略，在向列相液晶波導(dǎo)中實現(xiàn)了從光束傳輸行為的基本研究到多樣化操控的系列突破，包括從簡單的面內(nèi)光束偏折到復(fù)雜分支光流的產(chǎn)生與調(diào)控。

1、液晶疇結(jié)構(gòu)設(shè)計與面內(nèi)光偏折行為研究
本研究通過多步光控取向技術(shù)設(shè)計并構(gòu)建具有折射率突變特征的微觀液晶疇結(jié)構(gòu)，首次在液晶薄膜平面內(nèi)將“缺陷墻”結(jié)構(gòu)功能化為光學(xué)界面，實現(xiàn)了線偏振光在面內(nèi)方向的可控偏折行為。研究系統(tǒng)探討了該缺陷疇結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制與調(diào)控原理，并通過實驗統(tǒng)計驗證了偏折角度與Snell定律之間的一致性?；谶@一規(guī)律性結(jié)果，研究進(jìn)一步在圓形疇區(qū)域內(nèi)引發(fā)了局域的光焦散結(jié)構(gòu)，為后續(xù)光分支流的生成與調(diào)控奠定了實驗與理論基礎(chǔ)（圖1）。

2、光分支流的定點產(chǎn)生與按需調(diào)控
在進(jìn)一步研究中，研究團(tuán)隊通過精確調(diào)控液晶疇結(jié)構(gòu)的空間分布密度及排列關(guān)聯(lián)性，構(gòu)建出多種具有可控相關(guān)長度（correlation length）的弱無序光學(xué)勢場，從而實現(xiàn)了對光分支流關(guān)鍵參數(shù)的靈活調(diào)節(jié)，包括分支的空間位置、第一分束距離（first branching distance）及分支強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)（圖2）。此外，研究還系統(tǒng)考察了微疇的排布密度與填充比例對分支流行為的影響。結(jié)果表明，光分支流的產(chǎn)生與演化高度依賴于勢場的相關(guān)性參數(shù)，而非僅由微疇的空間分布決定。

值得強(qiáng)調(diào)的是，研究首次觀察并提出了“單側(cè)分支”這一新現(xiàn)象：當(dāng)入射光束處于有序—無序區(qū)域的交界面時，其形成的分支結(jié)構(gòu)不再呈現(xiàn)傳統(tǒng)的中心對稱特性，而是傾向性地朝向無序一側(cè)擴(kuò)展。這一發(fā)現(xiàn)突破了分支流長期以來對稱分布的理解范式，揭示出邊界結(jié)構(gòu)在誘導(dǎo)光場動力學(xué)中所具有的非對稱控制效應(yīng)，為后續(xù)的片上光場調(diào)控及非對稱光學(xué)器件設(shè)計提供了理論支持與實驗依據(jù)。

該研究不僅揭示了液晶平臺在構(gòu)建和操控二維分支流方面的獨特優(yōu)勢，也為未來開發(fā)新型“軟”光子器件、可重構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)及衍射光計算架構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。

南京大學(xué)陸延青教授、南京郵電大學(xué)李炳祥教授及廈門大學(xué)陳錦輝教授團(tuán)隊長期致力于軟物質(zhì)光子學(xué)的相關(guān)研究，探索液晶在平面光子器件的研究邊界，發(fā)展可控的片上液晶光束調(diào)控方案。南京大學(xué)博士研究生喻簫、南京郵電大學(xué)碩士研究生方欣宇為論文共同第一作者。陳錦輝教授、陸延青教授、和李炳祥教授為論文通訊作者。該工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、福建省自然基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金等項目的資助。