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新型全息纪录材料—全息聚合物分散液晶的研究及应用

徐克璹  刘言军  张斌  邢中菁  
【摘要】:全息聚合物分散液晶(Holographicpolymerdispersedliquidcrystal—HPDLC)是一种可用电开关的新型全息记录材料,由于它在信息存储、显示和光通讯上潜在的广阔应用前景,立即成为研究热点,目前国际上报导用它制作了无彩色滤光片的液晶彩色显示器、可开关的上下行滤波器、可变焦数字全息透镜、HPDLC可变光学时间延迟系统、波长选择器和动态增益补偿器等。HPDLC的配方含有聚合物单体、向列相液晶、交联剂、光引发剂、协引发剂等成份。当充满预聚合的样品盒被两束相干光产生的干涉条纹照射时,在亮条纹处单体发生聚合,随之将液晶挤向暗条纹处,亮处的单体在聚合中不断消耗,暗处的单体不断向亮处扩散补充,最终在样品盒中形成对应于亮条纹处的富聚合物区和对应于暗条纹处的富液晶区。不加外场时,聚合物折射率np与液晶随机取向的平均折射率有差异,形成折射率周期性调制。对于厚样品,就形成在Bragg角入射下产生单个衍射极大的体相位全息。施加外场后液晶分子随外场排列,如果液晶的寻常光折射率no与聚合物的折射率np相等,则相位光栅消失,光线直接透射,因而HPDLC是一个可由电场控制开关的Bragg相位光栅。由于HPDLC相位光栅的形成是一个复杂的物理化学过程,它既包括液晶和单体的迁移和扩散,也有两者的相分离和单体的聚合。这些动力学过程与HPDLC器件的光电性能密切相关。为了促进HPDLC器件早日付诸实用,我们在配方优化、HPDLC制备条件的优化上作了一系列实验,本文将报导相关结果。在实验过程中我们采用了微观分析和宏观性能测试相结合的方法指导工艺,使HPDLC的衍射效率达到80%以上。在此基础上我们研制成2×2的光开关,它的衍射效率85.7%,对比度23db,上升时间84μs,下降时间164μs,信噪比为15dB,工作温度范围为-3℃~49℃。除此之外,我们研制的HPDLC在偏振依赖性上优于国外的报导,这对光通讯器件是有利的。而且在器件的寿命上也比国外报导的要稍好一些。

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