刘颖同学在全息材料研究中取得新进展
光致聚合物是一种可用于高密度光学数据存储系统的全息记录材料，具有衍射效率高，成本低，灵敏度高，折射率调制度高，制作工艺简单等特性。近来，飞速发展起来的基于介电张量理论的偏光全息理论，可以分析在大角度下的两束偏振光的全息记录和重建，在记录光的振幅和相位信息的同时再增加偏振信息，从而增加全息存储的调制变量，以提升其存储密度。为此迫切需要找到不仅适用于传统全息术，也适用于偏振全息术的具有优异光学特性的体积全息材料。 光引发剂对光聚合物起关键作用，本研究室刘颖同学的研究成果就是调查了Irgacure 784掺杂的PMMA光致聚合物（Irgacure 784 / PMMA）的全息特征，并与通常使用的PQ / PMMA材料进行了比较。发现了Irgacure 784 / PMMA具有突出的光学全息特征，对偏振敏感。在Irgacure 784 / PMMA材料中用532nm波长的激光进行了传统全息和偏振全息的记录实验，效果显著。 通常使用的光引发剂PQ在甲基丙烯酸甲酯（MMA）单体中的溶解度非常有限，在常温条件下，溶解度仅为0.7wt%，在60℃的条件下，才能溶解1.0wt%。而光引发剂Irgacure 784在甲基丙烯酸甲酯（MMA）单体中的溶解度非常高，考虑到材料吸收的影响，刘颖同学选择了较为合适的质量比，合成了Irgacure 784 / PMMA光致聚合物材料。为了对比两种光引发剂的性能优劣，测试了在传统全息记录条件下两种光引发剂相同质量比的条件下PQ / PMMA与Irgacure 784 / PMMA材料衍射效率的随曝光时间变化，还探究了光引发剂含量对材料的影响。如图1的实验结果，可以明显看到Irgacure 784 / PMMA材料的衍射效率，响应速率都要优于PQ。 |
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Fig. 1. Temporal evolution of diffraction efficiency in PQ/PMMA and Irgacure 784/PMMA material. |
基于大角度偏光全息理论，记录材料不仅要具有传统全息所需的特性，还要对偏振具有较好的敏感性。当光致聚合物在532nm的激光照射下时，Irgacure 784分子会分解成具有苯环平面结构的多个中间基团。光产物和聚合物基质之间的折射率差异是Irgacure 784 / PMMA光聚合物中全息图形成的主要原因。Irgacure 784分子的光化学反应诱导的结构重排主要归因于Irgacure 784掺杂PMMA中的光诱导双折射。刘颖同学发现Irgacure 784 / PMMA材料具有偏振敏感性，采用具有代表性的正交极化波进行记录和重建（如图2（a）所示）。 其性能远远优于相同条件下制备的PQ/PMMA材料（如图2（b）所示），随后在实验室的偏光全息存储系统中记录并忠实再现了字母C(如图3所示)。实验也证明了这种材料具有永久保存信息的能力。 |
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Fig. 2. Polarization holography measurement: (a) schematic diagram of polarization holography, (b) temporal evolution of diffraction efficiency. |
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Fig. 3. Image reconstruction results in polarization holography system: (a) original transmitted image and (b) reconstructed image. |
为了更好的展现材料的记录和再现能力，刘颖同学将这种材料应用于实验室里的同轴全息系统进行记录、再现与位置复用。如图4所示，记录图像是630×630像素，这种材料能够很好地对信息进行了记录、再现及复用。 |
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Fig. 4. Image reconstruction results in traditional holography system: (a) original reflected image and (b) reconstructed image, (c) reconstructed image of translation 5μm multiplexing, (d) reconstructed image of translation 5μm multiplexing fifth time. |
基于以上研究，以“Volume holographic recording in Irgacure 784-doped PMMA photopolymer”为题目的论文，已被Optics Express（影响因子：3.307）接收, 并发表在：Vol. 25, Issue 17, pp. 20654-20662. 论文的相关链接：https://doi.org/10.1364/OE.25.020654 |
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(2017.08.17)
