丙烯酰胺光致聚合物的制备及全息存储性能优化研究

摘要

高密度体全息存储技术是下一代适合海量存储和高速传输的最佳存储技术之一,目前各个国家的科学家正在广泛致力于开发研制特别适用于体全息技术的光存储材料,希望能找到一种最佳记录材料来最终实现光学全息存储技术的实用化。光致聚合物材料由于具有高灵敏度、高信噪比、高动态范围以及制备工艺简单灵活、无需后续处理等优点近些年受到广泛关注,其中,丙烯酰胺材料(PVA/AA)作为光致聚合材料家族中的优秀成员而被广泛关注和深入研究。该材料突出的特点是衍射效率较高,响应速度快,制备工艺简单灵活,成本低廉,因此有着很好的研究价值和应用前景。尽管人们针对PVA/AA材料的全息存储性能做了大量的实验研究工作,但在全息存储应用中,普通的PVA/AA材料仍然存在一些缺点和不足,比如光栅衰减现象对光学有效厚度的限制等,使其存储性能大大降低,严重制约了全息存储系统的整体性能,因此,深入研究并有效优化丙烯酰胺光致聚合物材料就成为十分有意义的科研课题。本文在材料组分和制备方法两方面做以改进,研究制备了具有优良全息存储性能的新型AA类光致聚合物,详细研究了材料内部微观光化学反应动力学过程并引入新的动力学参数对光化学过程进行描述,在利用多层膜技术制备的多层 PVA/AA材料中,提高了材料存储容量,从理论和实验上深入研究了其全息存储性能,为加快全息存储实用化进程奠定了基础。
　　使用有机溶剂THF,PMMA材料与AA、TEA和MB按比例混合溶解,制备出新型PMMA/MAA/AA光致聚合材料,其厚度可达1.8mm,该新型材料具有良好的光学全息性能;利用多层膜技术制备出厚度在500?m以上的多层PVA/AA光致聚合材料,该材料的透射曲线表明:在这种多层结构的材料中,并没有因为多层膜的引入而带来额外的散射噪声,具有良好的光学性能,这种多层结构材料能够抑制材料内部的光栅衰减,提高材料有效光学厚度。
　　材料内部光化学反应动力学过程是光致聚合材料记录光栅信息的基础。本文详细分析了PVA/AA材料的光化学反应动力学机制,引入了自由基寿命和聚合物动力学链长等参数来描述材料全息光栅建立动力学过程,并分析了材料内部光致聚合物链长的动态变化。利用二维和三维扩散-聚合模型描述材料内部折射率调制度和折射率光栅的分布情况。
　　在厚度大于500μm的PVA/AA材料中,由于光栅衰减引起了材料中有效光学厚度的降低,大大限制了材料的存储容量,影响了全息存储性能。本文提出一种多层膜技术,通过光敏剂浓度的递增对记录光强的衰减予以补偿,抑制了光栅衰减,提高了材料的有效光学厚度,从而提高了材料的动态范围和存储容量。理论上利用三维扩散-聚合模型对材料内部光栅分布进行描述,实验上分别测量了普通PVA/AA和多层PVA/AA材料的Bragg角度选择性曲线,展示了多层膜技术对PVA/AA光致聚合材料全息存储性能的优化。
　　最后,采用旋转-位移混合复用技术及反射式的光路配置,提出了基于双球面波的盘式体全息存储体统方案,搭建了适合于PVA/AA光致聚合材料的基于双球面波的盘式体全息存储系统,初步实现了体全息存储系统的小型化,在厚度均为510?m的普通 PVA/AA和三层 PVA/AA材料中分别得到了17.2GB/cm3和20GB/cm3的存储密度。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 有机光致聚合物研究进展

1.3 丙烯酰胺有机光致聚合物的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 丙烯酰胺光致聚合物的制备及基本性能

2.1 引言

2.2 PVA/AA材料的制备

2.3 PVA/AA材料的全息性能

2.4 多层PVA/AA光致聚合物的制备

2.5 新型PMMA/MAA/AA光致聚合物

2.6 本章小结

第3章 PVA/AA聚合物光化学反应动力学

3.1 引言

3.2 PVA/AA光化学反应过程

3.3自由基寿命和聚合物链长

3.4 描述光栅形成的扩散-聚合模型

3.5 本章小结

第4章 多层膜技术优化材料全息性能研究

4.1 引言

4.2 光栅衰减现象

4.3 多层膜技术中的光敏剂浓度序列

4.4 多层PVA/AA的角度选择性曲线

4.5 多层PVA/AA中的光栅分布

4.6 多层膜技术对PVA/AA存储容量的提高

4.7 本章小结

第5章 PVA/AA在体全息存储系统中的应用

5.1 引言

5.2 光学体全息存储技术

5.3 体全息存储系统

5.4 PVA/AA聚合物在体全息存储系统中的应用

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

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