紫外液晶可变延迟器

近日，中国科学院院士、中科院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所(筹)所长成会明与副研究员丁宝福团队，联合清华大学深圳国际研究生院教授刘碧录团队、中科院半导体研究所研究员魏大海团队，首次发现了二维六方氮化硼(h-BN)液晶具有巨磁光效应，其磁光克顿-穆顿效应高出传统深紫外双折射介质近5个数量级，进而研制出稳定工作在深紫外日盲区的透射式液晶光调制器。 　　双折射是引起偏振光相位延迟的一个基本光学参数。有机液晶因双折射可受外场连续调制，而被广泛用作光调制器的核心材料。然而，传统有机液晶在深紫外光照射下吸收强且不稳定，液晶光调制器仅能工作在可见及部分红外光波段，无法工作在紫外及深紫外波段。同时，透射式深紫外光调制器在紫外医学成像、半导体光刻加工、日盲区光通讯等领域颇具应用前景。因此，发展一种在深紫外光谱区稳定、透明度高及具有场致双折射效应的新型液晶材料，有望推进透射式深紫外液晶光调制器的发展。 　　科研团队研制出一种基于二维六方氮化硼无机液晶的磁光调制器。研究采用的氮化硼二维材料具有极大的光学各向异性因子(6.5 × 10-12C2J-1m-1)、巨比磁光克顿-穆顿系数(8.0 × 106T-2m-1)、高循环工作稳定性(270次循环工作后性能保留率达99.7%)和超宽带隙等优点，同时二维六方氮化硼是通过“自上而下”的高粘度纯溶剂辅助研磨法剥离制备而成。由于超宽的带隙，二维六方氮化硼液晶在可见、紫外和部分深紫外光谱区具有颇高透明度。在磁场作用下，基于二维六方氮化硼液晶的磁光器件在正交偏振片下呈现出明显的磁控光开关效应。 　　科研人员通过观察入射光偏振态与磁场作用下液晶透射率关系的实验揭示了二维六方氮化硼在外场作用下顺磁场的排布方式。在入射光的偏振态被调整为平行和垂直于磁场的两种状态下，后者呈现较高的光透射率，间接印证了二维六方氮化硼纳米片平行于磁场方向排布。该研究针对层状二维六方氮化硼薄膜的磁化率各向异性测试揭示了面内易磁化方向，进一步证实了二维六方氮化硼纳米片顺磁场排布的物理机制。结合二维氮化硼纳米片的极大的光学各向异性，研究发现了二维六方氮化硼液晶的巨磁致双折射效应。 　　该研究选用波长处于深紫外UV-C日盲区的266 nm激光，测试二维氮化硼液晶在该光谱区的光学调制性能。通过开启和关闭0.8特斯拉的磁场，研究实现了该调制器在深紫外光波段的透明与不透明两种状态之间的切换。经过270个不间断开关循环测试后，性能的保持率达99.7%。 　　鉴于二维材料家族成员庞大、带隙覆盖宽，基于无机超宽带隙二维材料液晶的光调制器的光谱覆盖范围有望向更短深紫外波段延伸，促进液晶光调制器在深紫外光刻、高密度数据存储、深紫外光通讯和生物医疗成像重要领域的应用。 　　相关研究成果以Magnetically tunable and stable deep-ultraviolet birefringent optics using two-dimensional hexagonal boron nitride为题，发表在Nature Nanotechnology上。研究工作得到国家自然科学基金、科技部、广东省科学技术厅、深圳市科技创新委员会等的支持。六方氮化硼无机二维液晶及其磁控光开关效应 六方氮化硼无机二维液晶的磁致排列和磁致双折射效应表征基于六方氮化硼无机二维液晶的深紫外光调制器性能研究及对比

近年来，随着5g时代的到来，整个光学产业链步入发展快车道，相关各种新产品新技术在各个应用场景中不断跟新迭代。如手机市场领域，接连上演“镜头大战”，大底面、高像素、多镜头手机层出不穷。而在光学产品技术极大丰富的背后，如何保证好光学元件的光学性能至关重要。在诸多测试方法中，紫外分光光度计能够测定相关光学元件的透过率和反射率并确定实际效果，这对评价其光学传输特性和进行质量控制有着重要意义。以下，仪器信息网邀请日立高新（上海）国际贸易有限公司北京分公司技术工程师曹亚南，为大家分享紫外分光光度法在光学元件测试中的应用案例、检测器选择、以及测试配件的选择。1. 概要在我们日常生活中，眼镜、建筑物和车辆的窗玻璃、手机显示面板、液晶面板表面、涂膜、遥控接收器类似的玻璃、薄膜等光学元件随处可见（如图1），而紫外分光光度计能够测定这些光学元件的透过率和反射率并确定实际效果，这对评价其光学传输特性和进行质量控制至关重要。图1 常见光学元件在光学元件的评价中，为了确保获得精确的测定结果，一方面要考虑分光光度计本身的性能参数，另一方面还要选用合适的配件，根据样品尺寸大小和测量目的，使用正确的附件。下文以日立紫外可见近红外分光光度计UH4150为例（如图2），介绍如何选择合适的配件来测量不同的光学元件。图2 多种测量配件2. 配件的选择2.1 检测器的选择紫外可见分光光度计通常有两类检测器，直射光检测器（如图3）和积分球检测器（如图4）。直射光检测器一般用于液体样品或非扩散性平板样品的测量，而对长棒形样品、透镜和扩散性样品，其透射光束的形状受折射和散射的影响。若使用直射光检测器，样品测定时的光束形状会与基线测定的不同，从而无法获得准确结果。这种情况下，我们需要选用积分球检测器，让入射光在积分球内部进行漫反射，然后将其导入到检测器中消除检测器的局域性。图3 直射光检测系统示意图图4 积分球检测器积分球检测器通常分为两类，直径60 mm和直径150 mm的积分球。Φ60 mm积分球因其多功能性和卓越的基线平坦度和噪音水平而应用广泛。对于不同的测量目的，Φ60 mm积分球的开口数和开口倾角的选择也不同。对于常规透过率的测量，几乎可使用所有类型的积分球。但是若测试透镜和厚样品时，透射光会发散，如果使用四口积分球（如图5），入射光将从副白板溢出，积分球内表面材料和副白板材料之间反射特性的差异可能引起测量误差，此时应选用没有此类测量误差的两口全积分球（如图6）。图5 四口积分球的基线校正和透镜测定图6 两口积分球的基线校正和透镜测定若测定全反射率，需要将样品放在积分球后。使用后端开口倾角是8°或10°的积分球，可测定包括镜面反射在内的全反射率，如图7。而测定漫反射率要使用后端开口倾角是0°的积分球，样品的镜面反射光通过入射口射出，积分球只测定样品的漫反射率，如图8。图7 全反射率测定图8 漫反射率测定2.2测量附件的选择紫外可见分光光度计附件选择很多（如表1、表2），应根据具体样品特征和测量目的，选取相应的附件，部分附件如下表所示。表1 部分常用附件表2 自动附件以上是列举的在紫外分光光度计检测中的部分测量附件，若测定样品为玻璃、薄膜等，需要先判定入射角是否是0度测定，再判定样品是否对光有扩散性，一般有扩散性的样品透射，需要选择紧密附着的透射支架和积分球。3. 光学元件测量案例3.1智能手机相关测定成像质量是人们选购手机时的关注点之一，而镜片是手机镜头中的光学元件，尺寸微小，一般直径为3 mm，为确保其透过率的准确测定，需要选用微小样品测定附件。图9为使用微小样品测定附件测量两种手机镜头的透过率。微小样品透过率附件中设置有聚光镜和掩膜，能够缩小仪器光斑，使入射光束完全照射在微小样品内。图9 两种手机镜头的透过率图10为使用微小棱镜测定附件测量潜望镜式手机镜头中的直角棱镜的反射率。图10 微小棱镜的反射率图11为使用角度可变透射附件测量防窥膜的透过率。图11 手机防窥膜不同角度的透过率图12为使用微小5˚镜面反射附件测量手机中红外截止滤光片的反射率。图12 红外截止滤光片的反射光谱3.2 汽车相关测定随着汽车传感器、显示器分辨率的不断提升，内外装饰材料也在追求高附加值化，因此光学特性的评价需求也越来越多。只有正确选择合适的附件评价汽车零部件的光学特性，才能最有效地保障每一次安全出行。图13为使用直射光检测器和滤光片支架测定紫外-可见-近红外区域的双带通滤光片。图13 LIDAR中双带通滤光片的透过光谱图14为使用微小自动角度可变附件测定微小平面镜不同角度下的反射率。图14 LIDAR中微小平面镜不同入射角的反射率图15为使用标准Φ60 mm积分球和选配程序包测量车身涂料的太阳光反射率。图15 隔热涂料的全反射光谱从以上智能手机和汽车的相关测量案例中可以看出，无论是不同入射光角度的样品测量还是微小样品测定，通过正确使用变角度、自动化附件等，都可以高效率获取低噪声的光谱数据。4. 总结光学元件性能的准确评价离不开附件的正确选择，日立紫外可见近红外分光光度计UH4150是光学元件测量的领先者，具有优质平行光束性能技术和大型样品仓，可以安装多种附件。日立凭借优异的光栅技术和丰富经验，具有多种紫外可见分光光度计产品，不仅如此，日立高新技术集团产品涵盖半导体制造、生命科学、电子零配件、液晶制造及工业电子材料，未来，日立将丰富完善产品线，不断实现技术创新。图片来源：日立高新（上海）国际贸易有限公司北京分公司*部分图片来源于网络https://pixabay.com/zh/images/search/ 如您想和工程师进一步交流，欢迎致电日立：400 630 5821

从1962年推出首台商品化紫外分光光度计以来，日立凭借全球领 先的光栅技术和持续创新能力，不断推出各种类型的紫外分光光度计，满足用户的科研和检测需求。此次，全新推出紫外-可见-近红外分光光度计UH5700，开启光学检测新未来! NEW!核心特点:（1）宽波长范围190-3300 nm, 满足所有测定需求（2）低杂散光标配新研发的蚀刻衍射光栅和高光量单色器（3）低噪音连续可变狭缝，自动灵活调整（4）高速扫描齿轮驱动方式, 提高工作效率应用领域：既可测定液体样品的吸收光谱，也可测定固体样品的反射和透过光谱，还有丰富的附件满足您的测定需求。六价铬的吸收光谱和标准曲线玻璃的透过光谱（左）和 涂料的反射光谱（右）关于UH5700紫外-可见-近红外分光光度计的详情，请见链接：https://www.instrument.com.cn/netshow/sh102446/C373076.htm关于日立高新技术公司日立高新技术公司，于2013年1月，融合了X射线和热分析等核心技术，成立了日立高新技术科学。以“光”“电子线”“X射线”“热”分析为核心技术，精工电子将本公司的全部股份转让给了株式会社日立高新，因此公司变为日立高新的子公司，同时公司名称变更为株式会社日立高新技术科学，扩大了科学计测仪器领域的解决方案。日立高新技术集团产品涵盖半导体制造、生命科学、电子零配件、液晶制造及工业电子材料，产品线更丰富的日立高新技术集团，将继续引领科学领域的核心技术。