光学二极管能够实现光的非互易传输，即允许光沿一个方向高效通过，同时抑制反向传播，因此在光学隔离、信息处理和光通信等领域具有重要应用价值。近年来，随着自旋光子学和手性光学的发展，能够选择性调控圆偏振光的光学二极管受到越来越多关注。然而，传统圆偏振光学二极管通常在器件制备完成后，其工作波长和所选择的圆偏振手性基本固定，难以根据实际需求进行动态调整。

  针对这一问题，华南师范大学胡小文课题组提出了一种新的思路：将能够连续调控手性的分子马达引入胆甾相液晶（CLC），使器件本身具备“可编程”的光学自由度。该工作利用分子马达光开关调控CLC螺旋结构与手性，结合聚多巴胺（PDA）光热诱导相变，在同一器件中实现了圆偏振光（CPL）工作波长与偏振手性的调谐，为可编程光学隔离和自适应自旋光子学提供了一种新的软光子学策略。

  2026年8月31日，该研究以Wavelength- and Helicity-Reconfigurable Circularly Polarized Optical Diodes Enabled by Molecular Photoswitches为题发表在Advanced Materials上。

一、器件设计：让光“正向通过、反向阻断”

  研究团队构建了一种厚度约7 μm 的非对称液晶器件。器件由光响应分子马达掺杂的胆甾相液晶、PVA取向层以及含有聚多巴胺纳米颗粒的PDA@PVA光热层组成（图1a）。其核心工作机制可以概括为：正向入射时，圆偏振光到达PDA@PVA层并被吸收，光能转化为热能，使邻近CLC局部温度超过清亮点，CLC发生胆甾相-各向同性相变（CIT），原本具有反射性的CLC转变为高透射的各向同性区域，从而实现光的正向通过。而在反向入射时，具有特定手性的CPL首先受到CLC光子带隙的选择性布拉格反射，大部分光无法到达PDA@PVA层，因此不能产生足够的光热效应，CLC保持胆甾相，反向光被有效阻断（图1b）。因此，器件的非互易性来源于“自旋选择性反射 + 非对称光热相变”的协同作用，而CLC光子带隙的位置则决定器件所工作的波长。图2（e &f）为器件对波长为532nm的左旋圆偏振光的非互易传输。

图1 圆偏振光二极管结构示意图及其工作机制

图2 器件对532nm的圆偏振光的非互易传输

二、紫外光“编程”工作波长：从可见光到近红外

  该器件最重要的创新之一，是工作波长不再由器件制备时的CLC组成固定，而是可以通过紫外光进行动态调控。

  研究团队在CLC中引入光驱动分子马达。365 nm紫外光照射能够诱导分子马达发生光异构化，连续改变其螺旋扭曲力（HTP），进而改变CLC螺距，使光子带隙（PBG）发生连续移动（图2a）。

  因此，只需改变紫外光照射条件，就能够对器件的工作波长进行“光学编程”。

  研究中，器件的工作波长从最初的532 nm进一步调谐至808 nm和980 nm，覆盖可见光和近红外区域。在不同波长下，器件均表现出明显的非互易传输特性（图3b & e）。

  更值得注意的是，为了提高波长重构速度，研究团队采用了“高强度快速编程 + 低强度稳定维持”的两步紫外光调控策略。通过约7.65 mW cm?2的紫外光快速推动PBG移动至目标区域，再降低紫外光强度使其稳定在目标波长，从而可在约18 s和26 s内分别完成808 nm和980 nm工作状态的编程。

图3 紫外光调谐光子带隙实现808nm和980nm左旋圆偏振光非互易传输

三、更进一步：不仅换颜色，还能切换圆偏振光的“手性”

  如果说波长调谐解决的是“选择什么颜色的光”，那么CLC螺旋手性反转则进一步解决了“选择哪一种手性的圆偏振光”。

  随着紫外光强度进一步增加，分子马达持续发生光异构化，使CLC的有效HTP逐渐降低。当HTP接近零时，CLC螺旋结构完全解螺旋，进入向列相；继续增加紫外光强度后，HTP符号发生反转，CLC重新形成相反手性的螺旋结构。

  这一过程意味着，CLC原本选择性反射和隔离的右旋圆偏振光，可以被切换为左旋圆偏振光（图4a&b）。

  实验结果表明，在螺旋手性反转后，器件仍然能够对808 nm和980 nm左旋圆偏振光实现明显的非互易传输（图4c-d），其工作阈值与手性反转前对应波长下的右旋圆偏振光基本一致。

  这说明：CLC手性反转只改变了器件所选择的CPL通道，并没有破坏原有的光热非互易传输机制。由此，同一个器件无需更换材料或重新制备，就可以实现：工作波长可调 + 圆偏振手性可切换 + 非互易传输，这是传统固定工作波长、固定偏振手性的CPL光学二极管难以实现的功能。

图4 紫外光驱动螺旋反转实现多808nm和980nm右旋圆偏振光非互易传输

四、高隔离度、低插入损耗：兼顾性能与可重构性

  在性能方面，该器件在532、808和980 nm三个代表性波长均实现了超过15.10 dB 的隔离比（ISO），最高达到 15.80 dB；同时插入损耗（IL）始终低于 2.89 dB，最低达到1.05 dB（图4e-f）。这意味着器件不仅能够动态切换工作波长和偏振手性，而且在不同工作状态下仍能保持较好的光学隔离性能。

  更重要的是，研究团队进一步通过液晶组分工程调控CLC的清亮点，从而实现对器件热耐受性和工作功率范围的调节。通过向5CB中引入具有更高清亮点的E7，CLC清亮点可以从30.5 °C提高至38.5 °C (图5a)，与此同时，器件的工作阈值也随之提高，使器件能够适应不同的环境温度和工作功率条件(图5b-f)。

图5 通过液晶组分工程实现的器件热耐受性调控

  总体而言，本工作并非简单地提高一个光学二极管的性能，而是赋予了传统CPL光学二极管一种新的 “可编程自由度”。通过分子马达对CLC螺旋结构的光控调节，实现了：PBG连续调谐 → 工作波长重构以及螺旋手性反转→ CPL偏振通道切换，再结合PDA@PVA提供的非对称光热相变，实现：正向高透射 + 反向高阻隔三种功能最终集成在同一个柔性软物质光子平台中。

  这一策略突破了传统圆偏振光学二极管“固定波长、固定手性”的限制，为构建可编程光学隔离器、可重构手性光调制器以及自适应自旋光子学系统提供了新的材料和器件设计思路。

  全文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.74882