近日，我校周国富团队胡小文课题组在圆偏振光非互易器件领域取得重要研究成果，在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子18.5）上发表题为《Nonreciprocal Transmission of Circularly Polarized Light via Photothermal Phase Transition in Cholesteric Liquid Crystals》的研究论文。论文第一作者为华南先进光电子研究院2022级硕士研究生黄嘉琪，物理学院高冠峰博士为论文共同第一作者，胡小文副研究员为论文通讯作者，我校为论文唯一完成单位。

光学非互易器件能够使光在一个方向上通过，同时阻挡反向光的功能。在激光源保护、拓扑光束路由和分裂等关键光学功能以及量子计算和光通信中具有至关重要的应用。圆偏振光（CPL）具有自旋角动量，在光通信和量子计算中起着关键作用。它可以被构造成涡流，以增强通信信道的容量。基于CPL的手性量子光学的最新进展带来了新的功能，如不对称单光子耦合和复杂的量子网络，因此，设计操纵CPL的非互易器件对于这些新兴应用至关重要。胆甾相液晶（CLC）因其周期性螺旋结构而成为手性光学应用的有前景的材料，该结构选择性地反射CPL。此外，CLC在胆甾相到各向同性相变（CIT）期间表现出对CPL透射率的显著变化。在相变温度以下，CLC保持螺旋结构，反射相同手性的CPL。在相变温度以上，CLC变成各向同性，允许所有入射CPL透过。这种相变使CLC成为制造CPL非互易器件的理想材料。

基于此，课题组开发了一种基于CLC的光热驱动CIT的光学二极管，利用聚多巴胺（PDA）的光热转换来触发CIT效应并实现CPL的非互易传输。值得注意的是，该器件具有简单的结构，不需要光学非线性磁场或外部偏置，由信号本身自偏置控制。二极管的性能可通过PDA浓度进行调节，在808 nm CPL下的最大隔离度为7.7 dB，插入损耗为1.1 dB。此外，通过调整CLC的光子带隙也可以在405nm CPL下实现非互易传输，具有16.5dB的高隔离度。同时，还演示了这种光二极管的开关特性。通过使用泵浦光束来控制信号光的传输，实现了全息数字成像，突显了其在全光网络通信中的应用潜力。未来的工作可以集中在优化对准层和提高CLC对准的均匀性上，以进一步提高隔离度。该研究突破传统非互易器件的依赖条件限制，开创性地利用光热相变机制实现高效、可调的圆偏振光操控，推动了光子学器件的小型化与智能化发展。

以上研究成果得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广州市科技计划项目、国家绿色光电子国际联合研究中心、教育部光信息国际合作联合实验室以及广东省光信息材料与技术重点实验室等项目、平台的经费支持。

文章链接： https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202503365