光具有时域、频域和空间域等不同参量维度，可作为信息的多维载体。通过对多参量进行独立操控，能够极大地扩展光网络的带宽和容量。光涡旋的螺旋相前所携带的轨道角动量（OAM）提供了一个新的空间自由度，在高速光通信和并行光计算中显出巨大潜力。传统的向列液晶几何相位元件能够以点对点的方式实现任意波前调制，然而其模式转换效率严重依赖于波长。胆甾相液晶（CLC）因其自组装手性光子晶体结构而具有自旋选择的光子带隙，实现了宽带高效。受限于介电扭矩与弹性力矩间的竞争，强电场将导致CLC螺旋结构坍塌从而无法实现电调谐，阻碍了模式编码与频带选择的兼容。
针对这一难题，我们在前期并行光学自旋和轨道角动量编码（ACS Photonics. 4, 1333 (2017)）的工作基础上，引入可聚合CLC，写入达曼光栅编码q波片，通过聚合-洗出-重填系列工艺，重构手性超结构并实现了工作波长电调谐的反射式光涡旋阵列处理器，并验证了523 nm到660 nm波长范围的电调频带选择。我们还进一步利用电调光子带隙实现了给定波长下OAM编码功能的快速切换，并验证了并行OAM检测与变换。

图1. a, 聚合-洗出-重填手性超结构的制备 b, 电调频带选择 c, OAM编码功能切换 d, 并行OAM加法器
该工作为基于软物质的多维光子动态调控提供了新策略，是对我们前期宽带多路并行OAM处理器（Adv. Mater. 30, 1705865 (2018)）和光控动态平面光子元件（Nat. Commun. 10, 2518 (2019)）工作朝向实用的进一步拓展。除了电调带通光涡旋产生器和并行OAM加法器，该聚合-洗出-重填手性超结构策略适用于具有更丰富功能的各类几何相位元件的制备实现，有望在高光谱成像、高速光通信和并行光计算等领域激发更多新应用。

图2. 论文被选为当期精选论文（featured article）和封面论文
相关成果以Tunable band-pass optical vortex processor enabled by wash-out-refill chiral superstructures为题，发表在2021年15期《应用物理快报》上，并被选作当期精选论文/Featured article和封面论文。该研究得到了陆延青教授的精心指导，南京大学为唯一单位。论文第一作者是18级直博生徐春庭，陈鹏副教授、胡伟教授为共同通讯作者，张逸恒、范星宇对本文亦有重要贡献。该研究由自然科学基金、江苏省基金、南京大学卓越研究计划等项目资助完成，同时感谢固体微结构物理国家重点实验室、智能光传感与调控技术教育部重点实验室等平台的大力支持。