厚度对全息H-PDLC材料的参数

文摘

感光性树脂化合物浓度和最终的样品厚度应该知道为了全息图形成模型,介绍了反应扩散动力学monomer-polymer系统。原则上可以控制细胞厚度珠两部分之间的间隔器ITO玻璃。在本文中,我们报告一个厚度的影响研究这类材料的全息性质。适合的物理和光学厚度的样品我们使用的严格耦合波分析假设折射率调制的指数衰减。

1。介绍

光敏聚合物是一种最有前途的全息记录媒体的许多技术应用,从集成光波导制造光学数据存储1- - - - - -5]。他们的多功能性是众所周知的和新的可能性是由包括新组件,如纳米颗粒或分散液晶分子在经典配方,使他们有趣的附加应用程序(6- - - - - -8]。例如,控制全息光学元件的衍射效率的能力通过应用电场导致的可能性在动态应用程序使用锄头敏捷光束控制、非线性光学和光学开关设备(9]。

全息聚合物分散液晶H-PDLCs。他们是由全息记录光聚合诱导相分离过程(pip)的液晶分子扩散黑暗区域的衍射光栅,在那里他们可以面向通过电场。液晶的方向产生的折射率变化改变了衍射效率。因此,光栅的发展动态行为,可以通过电子手段进行修改。通过这种方式,可以使动态设备如tunable-focus镜头、传感器、相位调节器,棱镜或光栅10- - - - - -16]。

有很多参数参与全息图的形成。这个过程包括一系列的机制,包括photoinitiation、聚合、扩散、LC相分离和收缩。几个模型已经开发形成的全息图在光敏聚合物(17- - - - - -25]。最近的模型包含一个启动过程中,乳剂的LCs的特有属性,各向异性光栅的发展,聚合物链的大小和散射,等等(26]。而不是“干”光敏聚合物溶剂消耗的数量在干燥过程中必须按顺序测量浓度来计算最终的组件(27),原则上在HPDLCs,它可以假定,每个组件的浓度保持不变,一旦两个玻璃板之间的沉积。这些参数是重要的为了模拟材料在记录期间行为正确。另外,通过实验分析了性能优化其他参数(28]。从这个意义上说,许多研究人员探索不同的材料配方达到衍射效率高28)、响应时间快、低驱动电压,等等。一些影响分析曝光强度、接触温度、单体功能,LC浓度,一步法浓度、驱动电压、表面活性剂、氟化,索引匹配,纳米颗粒掺杂29日]。然而,样品的厚度对光栅形貌的影响尚未深入研究。

通常在黑暗条件下制备预聚物糖浆(或可见光波长的染料不吸收),然后夹在两导电ITO玻璃盘子分开使用玻璃微球。为了获得的样本相同的物理厚度,1公斤的重量放在层5分钟。因此我们获得了物理厚度分布概率值高于微球的直径之间使用ITO眼镜。通常比40 HPDLC板块更薄米为了实现液晶分子的重新定位应用电场不那么大。本文的目的是分析厚度变化的影响在全息HPDLC材料的一些化学成分的行为。特别是最后的样品厚度是直接关系到染料浓度必须获得足够的光吸收和充满活力的敏感性没有大深度衰减的折射率剖面30.]。在这个意义上,我们分析了染料浓度的影响传输衍射光栅记录的属性。为了达到一个更深层次的了解这方面,我们分析了衍射效率的演变作为接触和使用的函数的拟合角响应计算全息图的第一个布拉格角的物理和光学厚度(30.)和衰减的折射率调制深度。

我们使用了一个算法基于严格的耦合波理论(31日]折射率调制的指数衰减,,假定32),是深度衰减系数折射率调制。为了应用RCW获得的效率不同的订单我们研究周期性结构:全息图被分成不同的厚度subgratings每一个。总厚度的全息图,,可以获得不同subgratings厚度之和: 在哪里是光栅的数量保留。

每个subgrating假定有一个周期介质介电常数的形式 在哪里光栅矢量的模量和吗是th傅里叶分量相对介电常数的光栅子层,它可以表示为

重要的是要用于H-PDLC光栅严格的波分析原因有很多。其中一个是靠近边境的厚和薄的全息图,因为小值之间之间的厚度分析13和37米和高折射率调制的值存储在0.005和0.036之间。另外需要注意的是,这项工作我们提到调制指数,,这是该指数调制的光栅,由于深度衰减材料的最后一部分显然是较小的。最后我们想说,阅读梁用于这项工作我们的材料是透明的100%;然而能源的一部分反映由于菲涅耳为TE极化损失;此外由于散射最后DE测量会减少。这种分散的能量取决于衰减和散射系数,,如下所示: 在哪里的物理厚度层和吗是光束的角度对全息图内的正常。

2。实验装置

是使用的单体二季戊四醇五- / hexa-acrylate折射率(DPHPA)。我们使用了向列液晶,Licristal BL036从默克公司。这是一个混合4-cyanobiphenyls不同长度的烷基链。它有一个普通的折射率和一个平凡与普通索引的区别(28]。之间有差异为0.037的普通液晶的折射率和单体。

液晶浓度被设定为28 wt %的起点组件优化和在此过程中几乎保持不变。

N-vinyl-2-pyrrolidone用作交联剂,N-phenylglicine (NPG)激进的发电机,辛酸(OA)作为助溶剂(28],乙基曙红染料(还)。N-methyl-2-pyrrolidone与一步法结合使用来控制超调变在全息图记录。

预聚物的解决方案是由混合组件在红光材料不敏感。的解决方案是用超声波浴,沉积两个导电ITO玻璃盘子1毫米厚,使用两种类型的玻璃微球分离。第一种微球是提供的奥尔德里奇9和13之间的厚度米,第二种类型是提供的怀特豪斯科学厚度在20到30之间μm。设备暴露于激光束(海里)在全息设置为了记录衍射光栅的光敏聚合物层。光聚合反应发生在明亮的区域的衍射光栅和高度网状聚合物网络生成。液晶分子扩散到未暴露的地区,他们仍然滴。在这个工作我们使用三种不同的化学成分和最后的折光指数的混合物在表表示1。在前两个化学成分,我们分析了染料浓度对衍射光栅的光学厚度。的作文3中描述的分析(28)是为了控制超调变和获得稳定的最大衍射效率。

我们实时监控衍射光栅使用红光(海里)染料不吸收的地方。记录后,绿色激光关闭时,旋转样品记录角响应在布拉格角和获得必要的数据来计算全息衍射光栅的物理和光学厚度。

实验装置如图1。Nd: YAG激光调谐波长532纳米是用来记录衍射光栅的连续激光照射。激光束分成两个二次梁的强度比1:1。这些光束的直径增加到1厘米使用空间滤波器和准直透镜,而空间滤波是保证。对象和参考光束时重组样本在16度角正常使用一组适当的镜子,和获得的空间频率是1036线/毫米。工作强度在532 nm 7兆瓦/厘米²60年代,曝光时间。衍射和透射强度实时监控与氦氖激光定位在布拉格角(19.1°)调到633海里,如果材料不聚合。衍射效率计算衍射光束的比例()到入射功率()。

3所示。结果与讨论

在本节中,我们讨论后的结果记录数以百计的衍射光栅在13岁和40之间简介中m。当我们解释说,物理厚度的样品总是大于微球的直径。获得的值使用13米厚的奥尔德里奇微球和化学成分1 135个样本如图所示2。我们可以估计的误差计算厚度,通过引言部分中描述的方法,在小于1m。我们可以看到,20和21之间的高概率发生m。另外70%的样品厚度在17到25之间m。比较这些结果,高斯分布和平均或期望等于20.5标准差等于3.5,实验数据,我们可以验证一个类似的行为。图3显示一个角响应安装使用该算法基于RCW考虑折射率调制的指数衰减。特别是图3对应于29日米厚的光栅的折射率调制0.015,折射率调制的衰减系数,0.03米⁻¹和衰减系数和散射,0.005米⁻¹。分析此图清晰的过调制折射率的影响可以被探测到。这图显示了很好的协议提供的实验数据和仿真算法(32)以及平滑的二级叶由于衰减深度的折射率,证明算法的使用以适应角扫描和测量的物理和光学厚度。

3.1。染料浓度的影响

乙基曙红,染料,染料漂白是典型的氧杂蒽photoinitiation过程中(28]。轴承这一点,高染料浓度所需的应用程序和多路复用数据页一样,样品的厚度大于250m。然而,高浓度的染料增加散射和损害的形态记录全息图(33]。此外,增加染料的浓度可以修改衍射光栅的光学厚度和折射率调制深度的衰减(30.]。

与光敏聚合物全息记忆,H-PDLC材料主要包含多重的单体以达到一个有效的pip值效果。多官能的单体产生高度的网状聚合物链的在很短的时间内,因此高折射率调制以更低的暴露比标准的光敏聚合物液晶。出于这个原因,染料含量H-PDLC材料,需要很薄层,必须很小。在文献中染料的浓度而变化的范围0 - 0.7%时通常使用的染料优化标准光敏聚合物(28]。在这个工作我们使用两个成分,1和2,在先前的研究给我们好的结果。为了避免的意外上升在散射成分2中,我们使用了微球由白宫科学物理厚度略有增加。衍射效率在400年代的不同范围的厚度图所示4:图4(一)作文1和图4 (b)作文2。作文1可以看出最大DE实现的风险敞口约90 mJ /厘米²,组成2约70 mJ / cm²。考虑的结果不是cover-plated光敏聚合物(34),厚度的增加会产生一个重要能量物质的敏感性,增加重要的变化可以预期的全息行为HPDLC层。然而,从最初的分析这两个人物很难澄清具体在记录期间厚度对衍射效率的影响。衍射行为非常相似。最多我们可以说光栅厚度值较低的表现略好精力充沛的敏感性。重要的是要注意,我们将这个参数定义为实现所需的曝光的最大价值,换句话说有多快的增加抑制后的德作为时间的函数。换句话说,他们获得最大的德比厚的。所有的光栅的空间频率相同;因此,我们知道,衍射效率取决于产品的光学厚度和折射率调制(35]。如果这些层有不同的厚度,显然他们有不同的折射率调节。

为了深入了解这种现象,得到定量的折射率调制的信息,我们安装角响应不同的光栅曝光后几秒钟。在图5我们目前的结果,组合1和组合2,平均折射率调制的逆函数的厚度。线性的这种行为,对于这两种情况下,意味着产品的厚度和折射率调制仍然几乎不变。这些值测定60年代的曝光之后,当光栅在饱和区和聚合完成一系列13之间的厚度和37m。组合2的结果是相似的。我们将直接比较两个染料浓度本节结束时使用的数据拟合角响应。图中给出的数据5表明样品中成分的浓度随厚度增加。我们测量每个样品的聚合物层的面积,它总是约4厘米²。使用该算法分析角响应在布拉格的角度我们也获得的值和。可以将这些值随厚度的平均值。组成的薄层现值0.09米⁻¹和0.06米⁻¹,而这两个参数的值为厚层(超过30约0.03米)米⁻¹。

来完成我们的研究的染料浓度的影响,有必要比较化学成分1和2使用相同厚度的范围。结果展示在表(平均值)2。从两个化学成分的比较可以看到,如果染料浓度增加了一倍,折射率增加;然而,也有一个不良的增加等参数和。高价值的意味着低质量记录全息图和德;另一方面,仅影响光学厚度和角度选择性在布拉格角;因此关键是低于。

我们现在在记录期间直接比较的成分1和2。在图6我们可以看到这些化合物的明显不同的行为在正弦照明;不过最后德非常相似:50%成分1和40%成分2。拟合后角响应我们可以确定这两个样品有相同的物理厚度()m;然而,染料浓度较高的材料提出了更好的精力充沛的敏感性和更高的折射率调制的价值;100年代德之后的接触很低由于过调制效应。重要的是要注意,最大的是小,77%比82%成分1,由于更大的价值散射系数。从这个意义上说,是很重要的评论,提出数据不纠正考虑到菲涅耳损失。考虑到最大的德,TE极化是86%左右。

3.2。无超调变层

之前的论文所示,掺入3%的NMP H-PDLC配方导致一种改进的结果为了获得更高的衍射效率值后饱和(28]。衍射效率曲线是稳定的高价值DE防止超调变在全息图记录。这使得它可以卖好德马克斯的暴露,因此更好的性能在光敏聚合物与乙基曙红染色。在这一部分中,我们将研究成分3相同。图7显示了衍射效率作为曝光的四种不同厚度的函数。在这种情况下饱和衍射效率仍然接近最大后由于NMP的存在。在图中4,在场的四个不同的厚度非常相似的行为和精力充沛的敏感性。我们遵循相同的步骤来计算表中的数据3从这个表我们可以提取相似的结果。厚度的增加意味着低浓度的组件糖浆由于毛细管作用预聚物糖浆和副胶粘剂部队的行动之间的液体和ITO玻璃衬底;因此,折射率调制线性减少或多或少,和参数等和减少了。

4所示。结论

我们分析了厚度的影响最后H-PDLC全息性质的材料具有不同的化学成分。我们证明了产品的折射率调制和厚度保持不变(衍射效率)层具有相同化学成分在一个广泛的厚度由于逆,这两个参数的线性变化。此外,我们表明,染料浓度的增加影响全息图的深度衰减和散射。因此,我们强调H-PDLC材料的厚度控制的重要性,以达到所有的全息的再现性参数高值不仅在衍射效率。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

支持的工作是“Ministerio de隐藏y Competitividad”项目下的西班牙fis2011 - 29803 - co2 - 01和fis2011 - 29803 - co2 - 02和“Generalitat Valenciana”项目下的西班牙PROMETEO / 2011/021和ISIC / 2012/013。

引用

1. j·诺伊曼、k . s . Wieking和d·基普”表面浮雕在干燥,自建等多种激光直接写光敏聚合物电影,”应用光学,38卷,不。25日,第5421 - 5418页,1999年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. 李x t . a . Natansohn p·罗森,“光诱导的液晶排列基于地表起伏光栅在组装细胞,”应用物理快报,卷74,不。25日,第3793 - 3791页,1999年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. 马尔克斯,美国加利西亚语,m . Ortuno et al .,“一代的衍射光学元件到光敏聚合物使用液晶显示器,”光学建模和设计卷,7717学报学报,2010年5月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. m·d·莱希“光敏聚合物光学记忆和波导,”电子聚合物的性质和相关化合物卷,63施普林格系列固态科学施普林格,页301 - 308年,纽约,纽约,美国,1985年。视图:谷歌学术搜索
5. h . j . Coufal d Psaltis, g . t . Sincerbox Eds。全息数据存储施普林格,柏林,德国,2000年。
6. n铃木和y获利,”Silica-nanoparticle-dispersed甲基丙烯酸酯光敏聚合物与净衍射效率接近100%,“应用光学,43卷,不。10日,2125 - 2129年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. e .哈塔,k . Mitsube k . Momose y获利,“全息nanoparticle-polymer复合材料基础上不断thiol-ene光聚合,”光学材料表达,1卷,不。2、207 - 222年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. m·a·Ellabban i Drevenšek-Olenik, r·a·鲁普”在全息polymer-dispersed液晶光栅形成的巨大缺陷,”应用物理B:激光和光学,卷91,不。1,11 - 15号,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. a . m . s . Li Y.-G。,黄永发。刘,S.-T。吴,”Bichromatic光子晶体光开关的衍射光银联信讬基于偶氮component-doped HPDLC,”光学表达,20卷,不。23日,第25553 - 25545页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. j .严l . Rao m .焦H.-C y . Li。程,S.-T。吴,”Polymer-stabilized光学各向同性为下一代液晶显示和光子学的应用程序,“《材料化学,21卷,不。22日,第7877 - 7870页,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. t·j·邦宁l . v . Natarajan v . p . Tondiglia r·l·萨瑟兰,“全息polymer-dispersed液晶(H-PDLCs)”年度审查的材料科学,30卷,第115 - 83页,2000年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. 徐任h, s, s . t . Wu”梯度聚合物网络液晶折射率变化大,”光学表达,20卷,不。24日,第26472 - 26464页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. v . k . s .萧陆c . g . s . et al .,“高对比度切换的分布反馈激光染料H-PDLC透射光栅结构,”光学表达,13卷,不。10日,3787 - 3794年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. s . Massenot J.-L。凯撒,m·c·佩雷斯r .舍瓦,J.-L。de Bougrenet de La Tocnaye”,多路复用全息透射光栅记录在全息polymer-dispersed液晶:静态和动态研究,“应用光学,44卷,不。25日,第5280 - 5273页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. s . t . m . s . Li吴,a . y . g .,“传感器监测的振动激光全息聚合物分散液晶膜的基础上,“光学表达,18卷,不。25日,第26306 - 26300页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. m . Infusino a . de Luca诉Barna, r·卡普托和c . Umeton”周期和非周期液体液晶聚合物复合结构通过空间光调制器实现直接全息术,”光学表达,20卷,不。21日,第23143 - 23138页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. g .赵和p . Mouroulis全息图形成的扩散模型在干旱的光敏聚合物材料,”《现代光学41卷,第1939 - 1929页,1994年。视图:谷歌学术搜索
18. d . j . Lougnot p Jost, l . Lavielle“聚合物全息记录:VI。一些基本想法造型记录过程的动力学,”纯粹与应用光学》第六卷,没有。2、225 - 245年,1997页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. 美国Piazzolla和b·k·詹金斯”基波扩散模型在光敏聚合物全息光栅的形成,“美国光学学会杂志》上的B:光学物理,17卷,不。7,1147 - 1157年,2000页。视图:谷歌学术搜索
20. j·t·谢里丹和j·r·劳伦斯“全息记录在感光性树脂Nonlocal-response扩散模型”,美国光学学会杂志》上的一个:光学和图像科学,和远见,17卷,不。6,1108 - 1114年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. 诉男人味儿,y Renotte和y狮子,“杜邦光敏聚合物的表征:测定动力学参数在扩散模型中,“应用光学第41卷。。17日,第3435 - 3427页,2002年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. c . Neipp加利西亚语,m . Ortuno et al .,”基波diffusion-based模型应用于polyvinyl-alcohol-acrylamide-based光敏聚合物,”美国光学学会杂志》上的B:光学物理,20卷,不。10日,2052 - 2060年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. r·r·Adhami d . j . Lanteigne d·a·格雷戈里,“光敏聚合物全息图的形成理论”,微波和光学技术的信件,4卷,不。3、106 - 109年,1991页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. 诉l·科尔文r·g·拉尔森a·l·哈里斯和m . l .先令,”量化模型体积全息图的形成在感光性树脂”,应用物理杂志,卷81,不。9日,第5923 - 5913页,1997年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. 通用卡尔波夫,诉诉Obukhovsky, t . n . Smirnova诉诉Lemeshko,“空间转移的物质作为光电波形发生器全息记录的方法,”光学通信,卷174,不。5 - 6,391 - 404年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. 孟,h·杜兰,j .胡锦涛et al。“光聚合反应动力学对衍射效率的影响H-PDLC接受photopatterning反应混合物的丙烯酸单体/向列液晶,”大分子,40卷,不。9日,第3197 - 3190页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. 加利西亚语,马尔克斯,m . Ortuno s马里尼和j·弗朗西丝,“高环境相容性光敏聚合物PVA / AA基础材料相比在零空间频率限制,”光学材料,33卷,不。3、531 - 537年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. m . Ortuno m·里克尔梅加利西亚语,马尔克斯,帕斯卡,和a . Belendez”过调制控制的优化H-PDLC设备与乙基曙红染色,”国际高分子科学杂志》上ID 357963条,卷。2013年,8页,2013。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. x y . j . Liu和w .太阳,“全息polymer-dispersed液晶:材料、形成和应用程序,”光电子学的发展ID 684349条,卷。2008年,52页,2008。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. 美国加利西亚语,m . Ortuno Neipp et al .,“物理和有效的光学全息衍射光栅记录在感光性树脂的厚度,“光学表达,13卷,不。6,1939 - 1947年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. e·b·m·g·Moharam, d . a . Pommet和t . k . Gaylor”制定稳定和有效实施的严格耦合波分析二元光栅,”美国光学学会杂志》上的一个:光学和图像科学,和远见,12卷,不。5,1068 - 1076年,1995页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. c . Neipp j·t·谢里丹美国加利西亚的et al .,“深度减毒效果折射率剖面的角响应效率更高的订单体积光栅记录在PVA /丙烯酰胺光敏聚合物,”光学通信,卷233,不。4 - 6,311 - 322年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. m . Ortuno加利西亚语,马尔克斯,c . Neipp帕斯卡,和a . Belendez”Biophotopol:一个可持续的光敏聚合物全息数据存储应用程序,”材料5卷,第783 - 772页,2012年。视图:谷歌学术搜索
34. b . y . Liu, y贾,k .徐”改善在全息聚合物分散液晶光栅衍射特性,”光学通信,卷218,不。1 - 3,新,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. h . Kogelnik“厚全息光栅耦合波理论,”贝尔系统技术杂志,48卷,不。9日,第2947 - 2909页,1969年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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