介绍多年来,相当多的研究成果已经指向探索功能化有机材料的潜在替代无机光学设备和具有成本效益的、更多的功能和更可靠的光学设备[1]。亚博网站下载后,越来越需要操作光信号后,光子代替光电子学的引入,激发了兴趣高度功能化光学设备。Photo-control高分子材料的分子取向的极大兴趣高度功能化全息光学设备[1]。亚博网站下载几种类型的有机聚合物已被应用于全息元素,包括光致变色[2 - 6],photoreactive[7]和紫外光固化聚合物[8]。其中,许多研究的聚合物与azobenzene-side团体进行了生成光诱导的双折射以及全息光学记录的基础上顺反光异构化(2 - 6、12、13)。此外,表面浮雕光栅azobenzene-containing聚合物形成的辐射干扰光(1 - 6、12、13)。这种相位光栅也捏造使用photoreactive聚合物和/或其复合材料通过光致辐照和同时分子动员。我们已经报道了重新定位photocrosslinkable聚合物液晶大分子团体和他们的应用程序向高质量光学双折射薄膜液晶显示器[8]。对于我们的材料,亚博网站下载重新定位和迁移的大分子集团有望当电影暴露干扰光,因为photocrosslinked大分子团体可能会改变分子的流动性和电影的定位能力。 在本文,耐热全息光栅元素根据折射率调制和地表起伏photocrosslinkable聚合物液晶的形成。自材料产生周期性平面分子重新定位在光栅形成的过程中,偏振全息光栅衍射光和转换同时偏振状态(偏振转换光栅),也证明和特征的基础上衍射理论。 实验艾尔图1显示了我们photocrosslinkable高分子液晶的化学结构。我们photocrosslinkable聚合物液晶既包含大分子聚合物侧链和photoreactive团体。图1中描述的photocrosslinkalble聚合物液晶合成根据文献[8 - 10]和展品116之间的向列液晶相oC和315oC。
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图1所示。photocrosslinkable高分子液晶的化学结构。 |
photocrosslinkable高分子液晶的薄膜从二氯甲烷的解决方案由一个旋转涂布方法在石英衬底,导致300 - nm厚的高分子膜。旋转涂布后的聚合物薄膜非晶在自然。根据我们先前的研究[8 - 10],这里使用的聚合物液晶photocrosslinkable展品热稳定的大分子方面重新定位组织通过使用线性偏振紫外光和随后的退火。 图2说明了这样一个热稳定的大分子重新定位组织photocrosslinkable聚合物液晶。旋转涂布聚合物材料后,大分子单位是随机排列的电影和聚合物薄膜出现透明示意图见图2 (a)。当聚合物与线性偏振紫外光辐照,photoreactive单位的方向光学电场axis-selectively反应和其他单位不反应,如图2所示(b)。在这个阶段在光栅生成过程中,折射率变化很小,因为大分子单位不规范。聚合物在高温退火后,大分子单位监管的方向photocrosslinked单位如图2所示(c),导致大型光学各向异性由于mesogen监管。
(一) 
(b) 
(c) |
图2。图表的photoregulation大分子分子photocrosslinkable聚合物液晶。 |
全息光栅写使用两个相互连贯的氦镉激光事件样本聚合物薄膜的一侧。这些发射连续波325纳米光强度190 mW /厘米2每一个。两个写梁之间的交叉角9.8度,形成光栅间距约2μm。两个连贯的写作光束的偏振状态单独控制的一半,四分之一波长盘子。暴露剂量控制是48岁,95年、190年和380年乔丹/厘米2通过调整照射时间。辐照后,这部电影在提高退火温度高于熔点(150°C) 15分钟诱导重新定位和大分子的分子迁移组。 的特点两个相干波的干涉光强烈依赖于它们的偏振状态。图3总结了两波的偏振状态之间的关系和合成干扰光的特点。上面三种情况显示两个相干波的干涉光平行偏振和底部三个案例表明,正交偏振。在平行偏振合成干扰光显示常数极化和调制强度(强度全息图);虽然两个相干波的干涉图样正交偏振强度不变,但一个周期性调制偏振状态(偏振全息图)中描述下面三种情况,如图3所示。一阶衍射光束的衍射效率记录光栅的传输方式与氦氖激光探测为632.8 nm通常事件对样本的电影。在一阶衍射效率表示为,η+ 1=我+ 1/我0我在哪里+ 1和我0一阶衍射光束的强度和事件探测光束,分别。
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图3。干扰光对不同组合的两相干光束的偏振状态。 |
结果与讨论衍射是几乎看不见任何写作条件下辐照后,当样品液晶温度的退火150°C。光栅是于是热组织和衍射点出现。这些光栅是相当稳定的环境氛围和他们的光学特性是可再生的。图4显示了原子力显微镜(AFM)的调查记录光栅的表面结构不同的两个记录光束的偏振状态。AFM的调查显示,表面浮雕光栅强度全息图的情况下,如图4 (a)和(b),虽然他们几乎看不见的偏振全息图(见图4 (c)和4 (d)]。图5总结了产生表面浮雕光栅的机制。在全息记录强度的情况下,干扰的强度在空间光调制总结在图3中,因此有空间分布photoreactive化合物在聚合物薄膜。由于这个密度分布,在退火过程中,高分子材料从高密度地区迁移到低密度区域,如图5所示(一个)。亚博网站下载相比之下,在偏振全息记录的情况下,干扰光的强度调制,不仅在空间调制偏振状态。在这种情况下,photoreactive化合物的密度是均匀的聚合物膜和聚合物不能迁移,只有大分子分子的重新定位可以发生在退火过程中,随着示意图描述在图5 (b)。
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图4。典型的AFM三维视图(a)、(b)强度全息光栅记录和(c), (d)偏振全息记录photocrosslinkable聚合物液晶光栅。 |
(一) 
(b) |
图5。地表起伏光栅生成的图表(a)强度全息记录和(b)强度全息记录。 |
衍射效率测量光偏振方位角的函数α调整后的线性偏振的偏振方向旋转氦氖激光使用半波板。图6块记录光栅的衍射效率与不同曝光剂量作为方位角的函数α。如图6所示,强度全息光栅的衍射效率很大程度上依靠极化方位角的氦氖探测光束,而偏振全息光栅的并不依赖于极化方位角。图6 (a)展示了光栅的衍射效率与两相干光束平行s-polarizations记录。在这种情况下,诱导相位光栅的形成机理与聚合物大分子董事的重新定位和迁移。必须注意,诱导双折射的符号相反的曝光能量在95年和190年之间mJ /厘米2。我们报道了热增强光诱导的重新定位photocrosslinkable聚合物液晶大分子组的生成基于axis-selective光反应和大分子的热运动组织在photocrosslinkable聚合物液晶聚合物与线性偏振紫外光辐照,其次是退火。根据我们先前的研究,热增强分子的方向重新定位依赖于photoproducts的光反应和分布的程度。热放大的光诱导的消极的光学各向异性程度时生成的光反应是不到10%。相比之下,降级的重新定位方向平行于光学电场诱导光反应的程度时在15 - 20%之间。因此,不同方位角依赖性的暴露剂量之间的衍射效率应该与双折射和大分子组织暴露地区的重新定位方向。了解光栅的形成,一个直观的衍射效率进行了估算方法。目前,我们认为这两种写作与平行光束偏振方向产生线性双折射和变化的比值特征椭球不改变坐标轴方向的原则。在这种情况下,折射率随方位角 ,它表示为如下方程: 
(1)
其中n⊥和np折射率原则在垂直与平行方向的电场矢量光束写作。此外,光栅由于线性各向异性和地表起伏同时出现。的总有效相位差记录全息图可以得到: 
(2)
在哪里np和n一个写作前的折射率和空气,分别是初始膜厚度,和dd是surface-modulation深度。线性偏振探测光束,一阶衍射效率: 
(3)
在哪里J12(DF)是第一个在DF命令第一类贝塞尔函数。如图6所示(一个),实验结果是用情商良好解释。(3)和诱导双折射不同的曝光能量48岁,95年、190年和380年乔丹/厘米2估计是-0.057,-0.055,0.029,和0.052,分别。
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图6。衍射效率(a)并行线性的,(b)平行圆形,(c)正交线性和(d)相位正交圆光栅作为入射光偏振方位角的函数。暴露剂量48(圆圈),95(封闭的圆圈),180(开放广场)和380年(封闭广场)mJ /平方厘米。四个实线(a)代表理论拟合曲线。 |
并行循环模式由两个圆形光束偏振在同一圆周方向,这种模式出现强度调制和圆偏振不变,如图3所示。自极化干涉光总是循环,photocrosslinkable axis-selective反应的聚合物不应该发生这样的写作模式,和一个各向异性光栅预计不会形成在这样的实验条件。然而,光栅显示强大的光学各向异性的表面浮雕光栅增长聚合物电影,如图6所示(b)。这些结果和上述考虑表明,聚合物在退火过程中迁移导致大分子分子的重新定位,虽然axis-selective光反应不发生。 图6 (c)和6 (d)情节的衍射效率和方位角度探测光束偏振光栅时,用这两个正交偏振相干波。辐射电影与正交线性和正交循环模式给了不同的结果。地表起伏几乎没有观察到正交偏振的偏振光栅形成模式,如图4所示(c)和4 (d)。因此,这些相位光栅对应的重新定位所产生的纯偏振光栅photocrosslinkable高分子液晶的大分子组根据干涉光束的偏振信息如图3所示。属性的理论框架考虑纯偏振光栅的衍射光束需要量化的结果。的正交线性模式,诱导双折射的光轴总是斜45°对x - y坐标(实验室轴)。因此,在偏振光栅光传播的线性组合可以描述平凡与普通波。这可以通过坐标变换:  (4)
在x和y轴,轴是固定的实验室和o e轴是固定的在中。这两个组件,o和e,是正常的偏振光栅模式,将传播的相速度和极化。因为相速度的差异,一个组件是相对于另一个。这个缺陷新兴和衍射光束的偏振状态的变化。新兴的电场梁在中分别协调系统是由: 
,(5)
d是偏振光栅的厚度和探测光束的波长λ。假设折射率改变光的电场成正比,折射率,ne和no可以写成:
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(6) |
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(7) |
其中∆n是诱导双折射。新兴梁在电场的x - y坐标由转换从分别给出坐标系统: 
。(8)
夫琅和费衍射现象的基础上,给出了衍射光束的电场:
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(9) |
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(10) |
一个x和一个y确定从探测光束的偏振状态,和zo样本和屏幕之间的距离。衍射光束的偏振态椭圆函数表示为: 
(11)
一个= Re (ux),b = (uy), 
(12)
根据上述理论,我们可以计算出偏振全息图的衍射特性。为正交线性偏振光栅 一阶衍射光束在线性p-polarized阅读梁线性s-polarized时, 一阶衍射光束是左手边圆偏振阅读梁时右边圆偏振。正交圆偏振光栅,+一阶衍射光束是左旋圆偏振和——一阶衍射光束是阅读时右手圆偏振光束线性s-polarized。 阅读梁右边圆偏振时,+一阶衍射光束是左手边圆偏振,虽然——一阶衍射是无形的。这些极化转换属性的理论预期是一致的与实验观察结果如图7和8所示。
(一) 
(b) |
图7。偏振光束衍射分析正交线性(a)和(b)正交圆偏振光栅。阅读光束p极化。 |
(一) 
(b) |
图8。偏振光束衍射分析正交线性(a)和(b)正交圆偏振光栅。阅读梁是右边圆偏振。 |
结论高度稳定和功能化聚合物液晶偏振全息设备使用photocrosslinkable已经证明。光栅是几乎看不见后立即与紫外线辐照干扰光,但是这部电影的光栅退火后出现液体结晶温度范围的电影。衍射测量和AFM观察显示,全息光栅强度涉及到线性双折射和地表起伏,而纯偏振光栅没有表面拓扑救援形成偏振全息记录。我们预计,这些独特的材料和相位光栅的现象可以适用于各种各样的光学仪器。 确认这项工作是支持的部分Iketani科技基础。亚博老虎机网登录作者也希望表达他们的感谢日本政府通过21部分支持这项工作圣世纪中心阁下(COE)计划的教育部,文化,体育,科学和技术。亚博老虎机网登录 引用1。“电子和媒体摄影光学活性聚合物,(Ed v . p . Shivaev),施普林格,柏林,(1996)。 2。t .托多罗夫l . Nikolova和n . Tomova偏振全息术。1:一个新的高效的有机物质与可逆的光诱导的双折射”,达成。选择。23,(1984)4309 - 4312。 3所示。h .小野:Kowatari和n . Kawatsuki”研究动态激光双折射的偶氮染料掺杂聚合物电影”,选择,板牙。15(2000)33-39。 4所示。y Shi, w·h·Steier l . Yu m .陈和l·r·道尔顿“大稳定光诱导折射率变化非线性光学聚酯聚合物分散红组”,达成。理论物理。列托人。58(1991)1131 - 1133。 5。p .罗雄j . Gosselin Natansohn和谢,“光诱导和擦除Azoaromatic聚合物双折射和二色性”,达成。理论物理。列托人。60(1992)4 - 6。 6。o .堤,y, y Demachi金泽,t . Shiono和t . Ikeda光诱导的对齐的聚合物侧链含有偶氮苯液晶根。2。间隔的偶氮苯单元长度对定位的影响行为”,大分子,31日(1998)1104 - 1108。 7所示。m·斯凯特·k·施密特诉Kozinkov, c . Chigrinov。”Surface-Induced平行排列液晶的线性聚合光敏聚合物”,日本。j:。理论物理,Part 1,31日(1992)2155 - 2164。 8。n . Kawatsuki h . Takatsuka t .山本,o . Sangen。”光学各向异性Photoreacted侧链高分子液晶聚合物由线性偏振紫外光诱导”,j .变异较大。科学。,Part A: Polym. Chem.,36(1998)1521 - 1526。 9。n . Kawatsuki t .山本和h .小野Photoreactive侧链高分子液晶的光诱导的对齐控制线性偏振紫外光”,达成。理论物理。列托人。74年(1999)935 - 937。 10。n . Kawatsuki Goto k, t .川和t .山本,“降级的排列方向的热增强Photoorientation Photo-Cross-Linkable聚合物液晶电影”大分子,35(2002)706 - 713。 11。h .小野a . Emoto高桥,n . Kawatsuki和t .长谷川高度稳定Photocrosslinkable聚合物液晶偏振光栅”,j .达成。理论物理。,94年(2003)1298 - 1303。 12。l . Nikolova t .托多罗夫,m·伊万诺夫f . Andruzzi Hvilsted和p s Ramanujam”偏振全息光栅在侧链偶氮苯与线性和环形Photoanisotropy聚酯”,达成。选择。35(1996)3835 - 3840。 13。f . Ciuchi a Mazzulla和g . Cipparrone”永久偏振光栅弹性体偶氮染料系统:分层和混合样品的比较”,j .选择,Soc。点。B19(2002)2531 - 2537。 详细联系方式 |