基于二维钴掺杂钛酸盐的深紫外双折射水凝胶

在<350nm波长范围内工作的基于双折射的光调制器在DUV光束整形、高密度数据存储、半导体微纳加工和光刻中起着至关重要的作用。实际上，α-BBO、MgF2、Ca(BO2)2、α-SnF2单晶等一系列深紫外双折射材料已被制备并投入商业应用。然而，这些双折射元件具有固定的双折射，限制了它们连续光调制的能力。

液晶(LC)是另一种双折射材料，其双折射可通过外部电或磁刺激的分子排列来调节。到目前为止，常用的液晶主要基于有机分子或聚合物，由于光化学降解效应，它们在深紫外光下不稳定。同时，DUV还能在一些有机基团中诱发自由基，引发它们的聚合反应，从而扰乱液晶的排列和由此产生的双折射。因此，有机液晶不能调制深紫外光。

在《光科学与应用》杂志发表的一篇新论文中，由中科院深圳先进技术研究院程慧明教授和丁宝富副教授以及西安高新技术研究院蔡伟教授领导的三组科学家，来自中国清华大学的BiluLiu教授使用湿化学法合作合成了二维(2D)无机钴掺杂钛酸盐(CTO)LC。二维液晶具有较大的磁光各向异性，在300~350nm波长范围内具有>70%的高透光率，可实现磁便携透射深紫外调制(图1)。

图2总结了基于2DCTOLC的DUV调制器的理想性能，其良好的可逆性、毫秒级的快速响应、出色的耐用性和DUV稳定性证明了这一点。

2DCTOLC的磁双折射效应使其适用于制备柔性DUV双折射光学水凝胶。通过在二维CTO悬浮液中加入少量单体和光引发剂，在施加磁场的过程中通过紫外线固化制备DUV双折射水凝胶。

一旦水凝胶化完成，磁性排列的2DCTO纳米片可以固定在水凝胶内，并且它们的所有长轴彼此平行，即使在移除磁场之后也是如此。CTO水凝胶可以用作透明的机械光学晶体，通过它可以原位调制DUV光，而无需以机械方式改变方向(图3)。基于二维CTO的水凝胶是第一个可以以机械方式连续调节DUV光的双折射可调元件。

这项工作可能会将目前用于可见光和红外区域的双折射可调光学器件扩展到DUV区域，这对于高密度数据存储、半导体微纳加工和光刻具有重要意义。