在光链接聚合物液晶中形成的极化全息光栅中的极化转换

Akira Emoto，Hiroshi Ono，Nobuhiro Kawatsuki，Emi Uchida和Masaomi Kuwabara

版权所有技术；被许可人AZOM.com PTY Ltd.

这是Azo开放访问奖励系统（Azo-OARS）的文章//www.washintong.com/oars.asp如果适当地引用了原始工作，则允许无限制地使用，但仅限于非商业分销和复制。

Azojomo（ISSN 1833-122X）2006年6月2日

涵盖了主题

抽象的

关键字

介绍

实验

理论

结果与讨论

结论

参考

联系方式

抽象的

极化全息光栅显示出高温耐用性，可用于实际使用，已在可光叠链接聚合物液体晶体中制备。最终的光栅可以衍射激光束并同时转换极化状态。这些特征可以通过琼斯分析来很好地解释。

关键字

液晶，极化，全息图，光栅，光叠链链接

介绍

聚合物材料的分子取向的照片控制对于光学数据存储，双重膜，高度功能化的光学设备等非常有趣[1]。亚博网站下载通过使用线性极化的光，可以在含有光活性基团的聚合物膜中产生光学各向异性，例如偶氮染料掺杂聚合物[2，3]，含氮的聚合物[4-6]和各向异性光接触性聚合物聚合物。系统[7]。其中，许多小组对偶氮染料或偶氮苯的聚合物进行了广泛的研究。它们可以基于垂直于线性极化光的电载体的方向的偶氮单元的反式光异构化诱导偶氮组的光学比对。另外，我们研究了一个可光蛋白链接的聚合物液体晶体，该聚合物液晶含有（cinnnamoyoxy）乙氧基苯乙烯基侧基及其共聚物，通过使用线性极化紫外线（LPUV）光线（LPUV）光线和后续退伍[8，9]，通过使用线性极化紫外线（LPUV）光线表现出了中源侧基的热稳定重新定向。发现光叠链链接的介质基团在平行于LPUV光的电载体的方向上重新对准，这是由cinnamoyl取代基的轴选择性光反应引起的。此外，已经观察到在多甲基丙烯酸酯的液晶膜中观察到了介质基的平面内重新定向方向的重新转换，该液晶体晶体用（4-甲氧基诺氧氧基）双苯基侧组取代[10]。这意味着重新定向方向可以通过光反应程度来控制。

如果可以为高度官能化的光学设备设计分子重新定向的空间模式，则可以通过使用中源分子的重新定向方向的可控性来实现新颖的光学设备类型。为此，经常强调实现重新定位模式的制造技术。复杂的方法之一是极化全息技术[11-13]。在极化全息技术中，将两个具有正交极化的连贯的光波用作写作梁。两个相等振幅和正交极化（正交线性； OL和正交圆形; OC）的两个连贯波的干扰模式具有恒定的强度，但它具有在空间中定期调节的极化状态。如果这种干扰光被上述官能化材料辐照，显示了极化引起的双折射，则可以在此类材料中记录极化模式，并且在我们先前的工作中已经获得了极化光栅的初步数据[13]。亚博网站下载在本文中，我们显示了在我们的Photocropslink-link-link液晶中存储的一维偏振光栅，并根据琼斯演算表征所得的极化光栅。极化光栅可以控制激光束的极化状态和繁殖方向，并且特性通过琼斯微积分来很好地解释。

实验

在本文中，我们使用了具有4-（4-甲氧基霉菌）双苯基侧基的光叠式聚链聚（甲基丙烯酸甲酯）液晶，如图1所示，以制造热稳定的偏振光栅。通过使用甲基丙烯酸酯单体的聚合利用甲基丙烯酸酯单体的聚合，利用自由基溶液聚合在四氢呋喃中，用2,2’-azobis（异丁烯酰硝基硝那硝基）作为引发剂来制备光脱蛋白聚合物液晶。根据我们先前的研究，我们的光粉红色聚合物液体晶体通过使用LPUV光和随后的退火来表现出介质基团的热稳定重新定向。通过将聚合物的溶液在透明夸脱载玻片中的甲基氯化物中旋转溶液，制备了薄的光蛋白链接聚合物液晶膜，并产生了300 nm厚的膜。聚合物液体晶体表现出无定形结构，并且膜显示出良好的光学质量。

用HE-CD激光器进行了极化全息记录，该激光器发射连续波325 nm光，实验设置在图2中示意性地描述。HE-CD激光束分为两个写作梁，两个写作梁在角度撞击聚合物液晶膜。两个写作梁的极化状态由半个和/或四分之一波板单独控制，并且使用两个正交极化，相互相干的HE-CD激光束编写了极化光栅。与正交极化的两个相干波的干扰模式具有恒定的强度，但具有定期调节的极化状态。在这种情况下，如果干扰光被具有激光诱导的双发性的功能化材料照射，则预计将在此类材料上记录空间调节的极化模式。亚博网站下载

理论

在本文中，我们考虑了通过两个平面波E相互作用形成的两种类型的极化干扰模式的影响₁和e₂，幅度E和正交极化。如果是OL暴露，则₁是垂直线性两极化的，而E₂水平线线性极化，所得的两个波是具有相互垂直极化方向的线性偏振波。最终的光场（E = E₁+e₂），由OL情况描述

（1）

其中两个入射波之间的相差是位置x和光栅间距λ的函数，可以表示为

（2）

在OC暴露的情况下，E₁和e₂是左右两极的波。由OC情况描述了由此产生的光场

（3）

根据等式（1）和（3），图3总结了两个写作梁的极化状态，以及每个辐照模式的两个光束耦合的电场和强度分布。

我们假设仅在极化敏感材料中诱导线性双折射。在OL暴露的情况下，干扰场的强度是恒定的，只有线性，椭圆形和圆形状态之间产生的极化的变化是有效的，如表1所示。特征性椭圆形不会改变其主要轴的方向，而只会改变其比率。琼斯矩阵描述了记录的全息图的传输具有形式

（4）

其中Δφ=πΔnd /λ，Δn是光诱导的双折射，dion膜厚度，而λ是读取光束的波长。在OC暴露情况下描述全息记录的琼斯矩阵是

（5）

用于阶段记录。为了确定从公式（4）和（5）描述的极化全息图中重建光波的极化特性，我们考虑了光场与他们衍射，由

s = t r（6）

在哪里是阅读光束。极化取决于极化。图4示意性地描述了重建光的极化特性在改变阅读梁的极化状态上。

结果和讨论

用LPUV干扰光照射后，所有样品几乎看不见衍射，而在150°C的液晶温度下将样品退火。光栅随后是热组织的，并出现了衍射斑。光栅在环境大气中非常稳定，其光学特性是可重现的。光栅由于其交联结构而表现出高达150°C的热稳定性，预计将对设备应用有用。

在表征记录的光栅的衍射和极化转化之前，使用原子力显微镜（AFM）观察到记录的光栅的表面。图5（a）和5（b）显示了极化全息图的表面，并揭示了表面拓扑结构，其特征小于4 nm。这意味着可以通过假设没有拓扑释放的纯极化光栅来对衍射光束进行极化分析，并且上述理论对我们的极化光栅有效。相反，在强度全息记录的情况下，清楚地观察到表面浮雕光栅，如图5（c）所示。在强度全息记录的情况下，干扰光的强度在空间中调节。因此，光叠链接化合物的密度是空间调节的，其密度调节刺激以移动聚合物。但是，在极化全息记录的情况下，由于两个相等振幅和正交极化的两个连贯波的干扰模式具有恒定的强度，因此没有调节交联化合物的密度。根据图3所示的干涉梁的极化信息，通过偏振型基团的重新定位，通过极化全息技术记录的相光栅对应于纯极化光栅。

图6显示了产生极化光栅的基本功能的典型示例。每个衍射光束的极性图在衍射图案的图片底部表示。对于OL极化光栅[图6（a）和6（b）]当读取光束线性s偏振时，一阶衍射梁是线性p偏振的，而当读取梁右侧圆极化时，一阶衍射梁左侧圆形极化。对于OC极化光栅[图6（c）和6（d）]， +一阶衍射光束是左侧圆形极化的，并且 - 一阶衍射光束在读取光束为线性s极化。当读取光束右侧圆形极化时， +一阶衍射梁左侧圆形极化，而 - 一阶衍射是看不见的。如图4所示，这些实验观察到的特性与理论期望一致。观察到的衍射效率也如图6所示。

从理论上讲，在各种条件下的衍射效率是由等式给出的。（6），它们的关系总结为以下形式：

（7）

（8）

半导体电子书

去年的顶级访谈，文章和新闻的汇编。yabo214

下载免费副本

实验结果与等式描述的理论期望非常吻合。（7）和（8）。

通过在同一位置覆盖偏振光栅，使用相同的光凝集聚合物液晶制造了二维交叉极化光栅。图7显示了通过覆盖相同的极化光栅形成的交叉光栅的衍射模式，而图8显示了通过覆盖两种极化光栅形成的交叉光栅的衍射图。可以简单地考虑上述偏振光栅的基本特性的特性来简单地解释衍射特性及其极化转换。极化光栅的热稳定性对于将其应用于真实的光学设备非常重要。我们的极化光栅由于具有光链接结构而表现出高达150°C的高热稳定性。

结论

已经呈现了高度稳定的一维极化光栅，可以控制激光束的极化状态和传播方向，以供实际使用。琼斯演算很好地解释了所得的极化光栅的特征。我们的极化光栅的高性能表明，可光链接液晶体的选择是显着的，起源于调节的介质分子和光促链结构。

致谢

这项工作得到了21的部分支持^英石Century COE计划和日本教育，科学和文化部科学研究的赠款（第14550036号）。亚博老虎机网登录

裁判nces

1。V. P. Shivaev编辑（Springer，柏林，1996年），作为电子和光学活性介质的聚合物。

2。T. Todorov，L。Nikolova和N. Tomova，“极化全息图。1：一种新的高效有机材料，具有可逆的光诱导的双折射”，应用。Opt。，23（1984）4309-4312。

3。H. Ono，N。Kowatari和N. Kawatsuki，“关于偶氮染料掺杂聚合物膜中激光诱导的双向反抗的动力学的研究”，Opt。Mater。，15（2000）33-39。

4。Y. Shi，W。H。Steier，L。Yu，M。Chen和L. R. Dalton，“具有分散红色侧基团的非线性光学聚酯聚合物中的大稳定光诱导的折射率Cahnge”，Appl。物理。Lett。，58（1991）1131-1133。

5。P. Rochon，J。Gosselin，A。Natansohn和S. Xie，“在偶氮异常聚合物中的光学诱导和删除的双发性和二色性”，Appl。物理。Lett。，60（1992）4-6。

6。Y. Wu，Y。Demachi，O。Tsutsumi，A。Kanazawa，T。Shiono和T. Ikeda，“侧链中含有偶氮苯部分的聚合物液晶的照片对齐。2.偶氮苯单元的间隔长度对比对行为的影响”，大分子，31（1998）1104-1108。

7。M. Schadt，K。Schmitt，V。Kozinkov和C. Chigrinov，“通过线性聚合光聚合物通过线性聚合光聚合物对液晶的表面诱导的平行比对”，JPN。J. Appl。Phys。，第1部分，31（1992）2155-2164。

8。N. Kawatsuki，H。Takatsuka，T。Yamamoto和O. Sangen，“通过线性极化UV光诱导的光反应侧链液体晶体聚合物的光学各向异性”，J。Polym。Sci。，A部分：Polym。Chem。，36（1998）1521-1526。

9。N. Kawatsuki，T。Yamamoto和H. Ono，“通过线性极化的紫外光光对光电反应性侧链聚合物液晶的对齐对齐”，”，应用。物理。Lett。，74（1999）935-937。

10。N. Kawatsuki，K。Goto，T。Kawakami和T. Yamamoto，“在热增强光的光电方向上对齐方向的恢复光合链接聚合物液体晶体”，35（2002）706-713。

11。L. Nikolova，T。Todorov，M。Ivanov，F。Andruzzi，S。Hvilsted和P. S. Ramanujam，“侧链偶氮苯二极化的偏振全息光栅，带有线性和圆形光抗凝聚力，Opt。，35（1996）3835-3840。

12。F. Ciuchi，A。Mazzulla和G. Cipparrone，“弹性型Azo-Dye系统中的永久性极化光栅：分层和混合样品的比较”，J。Opt。Soc。Am。，B 19（2002）2531-2537。

13。H. Ono，A。Emoto，F。Takahashi，N。Kawatsuki和T. Hasegawa，“ Photocroslinkable Compline Polymer液晶中的高度稳定的极化光栅”，J。Appl。Phys。，94（2003）1298-1303。

接触细节