偶氮聚合物材料的光致各向异性和偏振全息研究

摘要

含偶氮聚合物具有出色的光偏振敏感特性，近些年来在光存储领域被广泛地研究。在可吸收波段的激光照射下，偶氮分子由于发生反复的顺反异构过程而转动；如果作用光是线偏振光，则偶氮分子会被有序排列在垂直于光偏振的方向上，从而样品薄膜表现出光学各向异性(二向色性和双折射特性)。如果采用偏振态空间调制的光场照射偶氮聚合物薄膜，则偶氮分子的取向也相应周期性变化，即在薄膜中完成了偏振全息记录。记录得到的偏振光栅可以控制光束的传播方向和偏振态，在功能性光学器件中有很大应用价值。本论文主要针对含偶氮聚合物薄膜的光致各向异性和偏振全息记录开展了一系列研究。
　　 首先，介绍了偶氮聚合物材料的化学、光学特性。其中着重介绍了非线性光学、光致异构和光致各向异性特性，这些特性对于光存储研究非常关键。进一步，通过实验具体研究了一种含偶氮离子型液晶聚合物的非线性光学和光致各向异性特性。其三阶非线性折射率由Z扫描方法测量得到，各向异性特性由光致二向色性实验作了定性分析。结果表明，该样品具有较大的三阶非线性折射率和显著的光致各向异性特性，是一种理想的光存储材料。
　　 其次，研究了三种偶氮聚合物的光致双折射性质。研究了泵浦光强对样品光致双折射值的影响，并采用理论公式对实验结果进行了拟合。另外，结果表明在室温下两种偶氮侧链液晶样品的双折射值(～10-2)比普通偶氮侧链样品(～10-3)大，并且液晶样品中双折射的存储非常稳定，在弛豫过程中双折射值甚至会自发增大。文中采用液晶材料的自组织特性来解释了这一现象。进一步，温度特性实验表明样品的光致双折射值与温度间存在明显的依赖关系，改变温度能有效控制光致双折射值的大小，文中对其中机制进行了讨论。
　　 再次，在光致各向异性研究的基础上，完成了两种偶氮液晶聚合物薄膜中的偏振全息记录。实验采用两束偏振相互正交的532nm线偏或圆偏光在薄膜中写入了纯偏振光栅。光栅的偏振特性通过实验和理论两方面研究，尤其是偶氮侧链液晶样品中偏振光栅独特的特性表明，该样品在线偏振记录过程中产生了圆双折射。进一步，提出了一种利用圆偏光偏振全息实现的图像存储方法，该方法中再现图像信号具有较高的衍射效率，并且图像亮度可以通过改变再现光的偏振态来有效控制。
　　 最后，液晶聚合物样品的偏振全息记录扩展到了二维记录，即采用多次曝光的方法在样品同一点上记录多个偏振光栅。实验中得到的二维偏振光栅由两个正交的一维偏振光栅元组成。光栅特性研究表明，二维光栅的衍射效率较只存在单个一维光栅时低，其偏振特性是两个一维光栅元特性的叠加。进一步，二维偏振光栅被应用到一种光斯托克斯参量测量系统中，达到了简化原系统的目的。测试结果说明改进后的系统能够提供较高的测量精确度，同时也证明了所使用的二维偏振光栅具有良好的稳定性。

目录

文摘

英文文摘

上海交通大学博士学位论文答辩决议书

第一章 绪论

1.1 光信息存储简介

1.2 偶氮类有机光存储材料

1.3 偶氮材料的研究进展及面临问题

1.4 本论文的研究目的、意义及内容

参考文献

第二章 偶氮聚合物材料的特性

2.1 引言

2.2 基本特性

2.3 非线性光学特性

2.4 光致各向异性特性

2.4.1 偶氮分子的光致异构

2.4.2 光致各向异性的机制

2.4.3 材料结构对光致各向异性的影响

2.5 偶氮液晶材料三阶非线性和光致各向异性实验研究

2.5.1 样品

2.5.2 三阶非线性折射率测量

2.5.3 光致二向色性研究

2.6 小结

参考文献

第三章 偶氮聚合物光致双折射研究

3.1 引言

3.2 偶氮材料薄膜光致双折射测量原理

3.3 泵浦光强度对光致双折射的影响

3.3.1 样品

3.3.2 实验设置

3.3.3 实验结果及讨论

3.4 光致双折射的逆向弛豫

3.4.1 样品

3.4.2 实验结果及讨论

3.5 光致双折射的温度依赖特性

3.5.1 实验部分

3.5.2 偶氮侧链聚合物温度特性

3.5.3 含偶氮液晶材料的热致自组织效应

3.6 小结

参考文献

第四章 偶氮液晶材料的偏振全息研究

4.1 引言

4.2 正交线偏光偏振全息记录

4.2.1 理论分析

4.2.2 实验部分

4.2.3 实验结果及讨论

4.3 含圆双折射的线偏振全息记录

4.3.1 实验部分

4.3.2 实验结果及讨论

4.4 正交圆偏光偏振全息记录

4.4.1 理论分析

4.4.2 实验部分

4.4.3 实验结果及讨论

4.5 图像存储应用

4.5.1 背景介绍

4.s.2实验部分

4.5.3 实验结果及分析

4.6 小结

参考文献

第五章 偶氮液晶材料的二维偏振全息研究

5.1 引言

5.2 二维偏振全息记录

5.2.1 实验部分

5.2.2 实验结果及讨论

5.3 二维偏振光栅在偏振态测量中的应用

5.3.1 光学斯托克斯参量介绍

5.3.2 测量装置介绍

5.3.3 二维偏振光栅的制作

5.3.4 斯托克斯参量测量

5.4 小结

参考文献

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 研究展望

致谢

攻读学位期间所发表的论文