二维全息聚合物/液晶光栅的制备研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 液晶简介
• 1.2 全息聚合物/液晶光栅
• 1.2.1 全息聚合物分散液晶
• 1.2.2 研究全息聚合物/液晶光栅的意义
• 1.2.3 全息聚合物/液晶光栅的结构及工作原理
• 1.3 全息聚合物/液晶光栅的发展及现状
• 1.4 论文研究目的和内容
• 第二章 全息聚合物/液晶光栅的材料及相分离的研究
• 2.1 引言
• 2.2 制备聚合物/液晶光栅的材料的选择
• 2.2.1 液晶材料的选择
• 2.2.2 单体材料的选择
• 2.2.3 光引发剂的选择
• 2.3 聚合物/液晶光栅的制备
• 2.4 聚合物/液晶光栅的电光特性
• 2.4.1 光栅衍射特性
• 2.4.2 驱动电压
• 2.5 聚合物/液晶光栅的形成及相分离机理研究
• 2.5.1 引言
• 2.5.2 液晶/单体相分离理论分析及动力学扩散过程
• 2.6 全息二维光栅
• 2.6.1 实验光路的设计
• 2.6.2 实验模拟
• 2.7 小结
• 第三章 全息聚合物/液晶光栅的制备
• 3.1 曝光强度对光栅影响
• 3.1.1 实验
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.2 不同曝光时间对衍射效率的影响
• 3.2.1 实验
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.3 最优条件下的二维聚合物/液晶光栅的研究
• 3.4 含F表面活性剂添加对光栅性能的影响
• 3.4.1 实验
• 3.4.2 结果与讨论
• 3.5 增塑剂对光栅性能的影响
• 3.5.1 实验
• 3.5.2 结果与讨论
• 3.6 二维Bragg光栅的制备及研究
• 3.6.1 实验
• 3.6.2 结果与讨论
• 第四章 结论
• 致谢
• 参考文献