二维全息聚合物/液晶光栅的制备研究

摘要

全息聚合物分散液晶(Holographic polymer dispersed liquid crystals，HPDLCs)光栅作为一种新型的光学元件，在计量、无线电天文学、集成光学、光通信和信息处理等许多领域都有着十分广泛的应用。传统的光栅都是一维的结构，是通过将制备好的样品在两束相干涉光束的光场处曝光，使光敏单体在水平方向上聚合形成相互平行的等宽度等间隔的结构，在样品中只记录了一个光栅；本文中研究的二维光栅可以同时在样品中记录两个光栅结构，相当于在样品中同时记录了正交的两个一维光栅结构，其制备方法是将混合均匀的光敏单体材料和液晶注入液晶盒中，在双束激光干涉处使样品曝光一段时间，然后将样品旋转90度，再曝光一次，使光敏单体在两个方向上聚合得到。二维光栅在光入射时形成的衍射图样是空间点阵，除上述的应用之外还可以用于光互联中的分束器，调制器和耦合器件等，拓宽了光栅的应用范围。
　　虽然二维全息聚合物分散液晶光栅的应用很广泛，但是目前的制备方法还不成熟，还存在很多问题，主要是光聚合反应中相分离不完全，衍射效率偏低，光栅驱动电压过高，器件稳定性差等。
　　本文首先对实验体系所用的液晶、化学材料进行选择和研究，分析光聚合反应中的光引发剂的化学重排过程，研究聚合物与液晶相分离机理；其次，通过改变光照时间、光强等参数、研究各组分在光聚合中所起的作用和影响，增加光聚合的反应程度，以得到具有清晰的相分离结构和较高衍射效率的二维聚合物/液晶光栅；再次，依据对衍射效率影响因素的分析，选择不同作用的添加剂，提高光反应效率，提高相分离程度；文中选择了含氟单体材料和增塑剂DOP来改善光栅形貌，以提高光栅的衍射效率，降低光栅的驱动电压；最后，通过设计和改进光路，通过两次曝光法制备了具有良好相分离界面，具有较高衍射效率和较低驱动电压的二维聚合物/液晶光栅。最后对光路进行调整，制备了小周期的二维的聚合物/液晶光栅。