PoF | 南京邮电大学章海锋教授团队:基于可调谐向列相液晶圆偏振转换器的农药检测技术

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南京邮电大学章海锋教授团队团队设计了一种基于动态调谐向列相液晶（NLC）的反射式圆偏振转换器（CPC），用于六种农药残留的高品质因数（High-Q）检测。圆偏振波因其独特的电场旋转特性，在抑制多径衰落、克服移动通信极化失配以及抑制电离层法拉第旋转等方面具有显著的技术优势，这使得圆偏振波在卫星通信和雷达探测等高信号可靠性场景中不可或缺。然而，传统的偏振控制设备往往依赖双折射晶体等静态材料，存在体积大、插损高且工作带宽窄等物理局限，难以满足现代器件高集成与高性能的需求。尽管超结构偏振转换器在波前控制上展现出巨大潜力，但目前食品安全领域的残留农药检测仍主要依赖静态传感设备。这些静态设备在面对复杂多变的环境条件时，无法动态优化其检测性能，且传统的化学分析方法大多具有破坏性或需要复杂的标记过程。因此，该领域迫切需要一种能够动态调整偏振响应，且可实现痕量农药残留无标记、非破坏性自适应探测的新型传感策略。

为了解决这一瓶颈，研究团队将电控向列相液晶与多层超结构巧妙结合，提出并设计了一种新型的反射式圆偏振转换器。该器件由多臂半圆铜环谐振器、聚酰亚胺（PI）介电层、NLC调谐层、蚀刻多臂半圆铜层以及底部的PI基板共同构成。其核心创新在于利用了向列相液晶分子在外加电场下易于重构的流体软物质特性，通过施加外部偏置电压动态调节其等效介电常数，从而实现了对电磁波偏振响应的实时调控与自适应传感优化。得益于谐振元件与液晶层的协同设计，该转换器能够产生极高品质因数的共振峰，对环境介质的微小改变表现出极高的敏感度，成功实现了对六种常见农药残留的高灵敏、无标记及无损检测，有效打破了传统传感器的功能刚性。

这项工作不仅拓宽了向列相液晶这一流体软物质在超结构电磁调控领域的应用版图，也为食品安全监测与人身健康保障提供了一种高效、智能的科学技术平台。未来，这种基于电控液晶的动态传感架构有望集成于便携式快速检测终端中，在农产品出场检测、进出口贸易检验检疫以及环境生态监测中发挥关键作用。同时，该研究所展示的电控自适应调谐设计思路，也为开发下一代可重构电磁器件、自适应通信元件以及多功能智能传感器提供了重要借鉴价值与广阔的应用拓展空间。。

章海锋，现任南京邮电大学电子与光学工程学院光电信息科学与工程系教授，系主任，硕士生导师，领导科研团队“不可能完成的Mission”（团队公众号同此名）。作为负责人，近年来主持国家及省部级项目8项。2011年至今，以第一作者或者通信作者在SCI/EI检索期刊上发表280余篇，第一作者发表的SCI/EI论文已经累计被他引6090余次，2022-2024年，连续三年入选由斯坦福大学John P. A. Ioannidis教授团队发布的全球前2%顶尖科学家榜单“终身科学影响力排行榜(1960-2022)，(1960-2023)”与“2022年, 2023年，2024年度科学影响力排行榜”。

2020年-2023年发表的4篇论文分别被美国光学协会(OPTICA)评为2020年度和2021年度“Spotlight on Optics”论文；是美国物理联合会(AIP)、美国光学协会(OPTICA)、英国物理学会(IOP)、电气和电子工程师协会(IEEE)、Elsevier 综合类学术期刊的活跃作者。2020 年，出版专著《周期性等离子体介质结构的电磁特性及应用研究》，（章海锋，文永刁，哈尔滨工业大学出版社，）该书列入“十三五”国家重点图书出版规划项目《航天先进技术研究与应用系列》（国之重器出版工程），并入选2017年度国家出版基金资助项目《航天先进技术研究与应用系列》。并已经申请专利数十项，授权100余项。 在学术兼职方面，现任中国（南京）知识产权保护中心技术专家库专家，长期担任应用电磁学、光学、等离子体技术等领域重要国际SCI 期刊论文审稿人。

个人及团队的情况可以访问团队公众号“不可能完成的Mission”获悉。

朱书慧，2005年出生，目前就读于南京邮电大学。主要的研究方向为手性光子学与偏振调控、动态可调谐超结构、精密传感和光学信息安全与防伪加密。

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