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《全息聚合物弥散液晶材料衍射特性的优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第52期第1期2003年1月物理学报Vol.52,No.1,January,20031000-3290200352(01)0091-05ACTAPHYSICASINICAc2003Chin.Phys.Soc.＊全息聚合物弥散液晶材料衍射特性的优化1)1)2)1)张斌刘言军贾瑜徐克1)(复旦大学先进光子材料与器件国家重点实验室,光科学与工程系,上海200433)2)(复旦大学化学系,上海200433)(2002年4月6日收到;2002年6月7日收到修改稿)研究了影响全息聚合物弥散液晶(HPDLC)衍射效率的主要因素,分析了衍射效率与聚合物单体的选择、曝光强度、曝光时间、液晶
2、含量及温度的依赖关系,从而找到最佳条件,使衍射特性得到优化.目前测得的最大衍射效率为80.2%.实验中还研究了扫描电镜(SEM)观察下HPDLC的表面形貌.关键词:全息聚合物弥散液晶,衍射效率,相分离,表面表貌PACC:4270D,61301.引言用于显示的聚合物弥散液晶(polymerdispersed[1,2]liquidcrystal,PDLC),已被广泛地研究和应用.它是在透明的聚合物基体内包含液晶微滴(图1),各微滴液晶分子的光轴在空间随机取向,液晶有效折射率不与聚合物基体折射率匹配,入射光线将被强烈散射,PDLC呈不透明状态;外加电场后,液晶分子图1普通的PD
3、LC光轴沿电场取向,液晶微滴的寻常光折射率与基体的折射率达到一定程度的匹配,光线可透过基体,PDLC呈透明状态;除去电场,液晶微滴在基体弹性能的作用下又恢复到最初的散射状态.目前,一种由普通PDLC改进配方并记录全息而得到的新型材料引起了人们的极大兴趣,即全息聚合物弥散液晶(Holographic-PDLC,HPDLC).由液晶、聚合物单体组成的预聚物,在两束相干激光照射下,利用光致聚合[3]而引发的相分离(PIPS),形成与干涉亮、暗条纹相对应的富聚合物区与富液晶区交替的周期性排列,图2HPDLC的开关状态产生折射率调制,生成Bragg光栅结构,入射光以一级衍射方向射出
4、.外加电场时,富液晶区液晶分子沿普通PDLC的直径2—5μm降到0.1—0.02μm,使响电场重新排列,如果其寻常光折射率与聚合物基体应时间大大缩短.同时只有单个衍射极大,衍射效率折射率相匹配,光栅将消失,入射光可以直接透射,高,并电场可调,制作过程简单,可单步完成.因此在见图2.因此它是一种可用电场调制开关状态的体光纤光开关、可编程光学互联、数字调焦镜、反射式位相全息.这种HPDLC中液晶微滴的尺寸很小,由平板显示器及动态滤波器等器件的制作上有着广泛＊国家自然科学基金(批准号:60077003)和上海市科学技术发展基金(批准号:012261009)资助的课题.电话86-
5、21-65642156,86-21-65589623;传真:86-21-65641344;电子邮件:zhangbin@fudan.edu.cn92物理学报52卷的应用前景.Sutherland等人在1993年开始HPDLC的研究工[4,5]作.目前,国外已实现了可开关的全息图像存[6][7]储,数字调焦全息透镜,Digilens公司及Foster-Miller公司正在研究用它制作光通讯器件,如光开关、动态滤波器、动态增益平衡器等.Dpix公司也在[8]努力使之应用于彩色反射式显示器,均取得一定的进展.而国内却少有单位进行研究.我们课题组一直从事液晶、铁电液晶方面的研究,并
6、取得一定成[9,10]果,在此基础上进行HPDLC的研究.由于HPDLC应用中的主要参数是衍射效率,所图3光引发剂RB的吸收光谱以首先研究如何提高衍射效率,优化衍射特性是非常有意义的.本文建立了激光全息记录及衍射效率物,所以其中的液晶分子被将去除,原位置留下空测量系统,制备了HPDLC样片,详细研究了聚合物洞.干燥后喷金,在SEM下观察.单体、曝光强度、曝光时间、液晶含量及温度对HP-DLC衍射效率的影响,找到了衍射特性最优化时的3.结果与讨论条件,提高衍射效率到80.2%.激光照射下,干涉区产生光强的调制.干涉亮条2.实验纹处的光强大,聚合物首先聚合,而液晶则扩散到干涉
7、暗条纹处,形成液晶微滴.随着聚合的完成,液晶HPDLC配方由聚合物单体、向列相液晶、光引与聚合物相分离,液晶、聚合物交替排列的Bragg光发剂、交联剂和协引发剂组成,选择了5种功能性强栅结构形成.如果液晶微滴小,相分离完全,液晶聚的单体.液晶选用的是Merck公司的E63,n0=合物界面光滑,富液晶区与富聚合物区的折射率调1.517,Δn=0.227.交联剂NVP不但可以保证粉末制大,并且聚合物基体折射率与液晶寻常光折射率状的光引发剂完全溶解,而且能与单体在最佳摩尔严格相等,这时可以得到高的衍射效率.但是诸多因比时共聚,并能改
