液晶太赫兹光子学研究进展

液晶（liquid crystal， LC）态是一种介于各向同性液态和固态（晶体）之间的中间态。液晶分子短程无序，但仍保持一定的长程（指向）有序，使其兼具液体的流动性和晶体的介电/光学各向异性。液晶技术在可见光波段，尤其显示领域大放光彩［1-2］，从微波到紫外也大有可为［3-4］。液晶器件已逐渐成为制备低成本、高效率、动态可调光子学器件的典范［5-6］。

太赫兹（terahertz， THz）波泛指频率在0.1~10 THz范围内的电磁波，介于微波和红外之间。由于THz波具有时空相干性好、光子能量低、通信容量大和穿透性高等特点，使得THz技术在生物医学、通信传感、无损检测和成像等领域具有不可替代的应用潜力［7-10］。但要推动THz技术的广泛应用，从组成THz系统的源、中间器件到THz探测器，在小型化、低成本、灵活可调等方面仍都面临很大挑战。液晶THz光子学技术被认为是一种较为有效的策略来解决这些挑战。本文总结了近年来基于液晶的THz源、THz可调光子学器件和THz探测器的研究进展，并对未来液晶THz光子学的发展进行简要探讨。

2 基于液晶的THz源研究现状

THz辐射源是THz科学与技术发展的关键。传统的THz辐射源通常存在材料昂贵、体积庞大、系统复杂等缺点，同时对THz辐射的带宽和偏振等光学参量调控受限。高效、灵活、宽频的THz波产生及调控是THz源的重要研究方向。飞秒激光具有极短脉宽、极高峰值功率和超宽频谱等特性，基于飞秒激光产生的THz辐射具有宽频、室温工作、波长可调谐等优点。固体、液体和气体等均能基于飞秒激光产生THz辐射［11-16］，而介于固态和液态之间的液晶产生THz波的相关研究迟迟未见报道。液晶态与THz电磁波谱如图1所示。液晶以其独特的物理和光学性质在非线性光学领域占有重要地位。几乎所有光学非线性现象都已在液晶中观测到，如自相位调制、超快光开关和空间光孤子等［17］。分子结构无对称中心的液晶材料本身易具有较高的非线性系数，液晶经过取向后，其非线性系数比没有取向的一般大5倍以上［18］。但关于液晶二阶非线性效应的报道并不多。王再江等人报道了5CB液晶在电场诱导下实现相位匹配且产生二次谐波，并测定其非线性系数张量［19］。2007年，Andy等人研究了液晶聚合物中二次谐波的产生［20］。关于飞秒激光和液晶相互作用的研究还不多。2021年，我们首次报道了利用飞秒激光激励一种液晶材料，实现了椭圆偏振态的宽频THz辐射现象［21］。