介绍多年来，大量的研究工作一直致力于探索功能化的有机材料，以具有成本效益、更功能化和更可靠的光学器件[1]替代无机光学器件。欧洲杯足球竞彩在引入光子学而不是光电子的引入之后，越来越多的需要操纵光学信号，这对高度官能化光学装置刺激了感兴趣的感兴趣。聚合物材料的分子取向的光控制对于高度官能化全息光学器件具有很大的兴趣[1]。欧洲杯足球竞彩已经将几种类型的有机聚合物施加到全息元件上，包括光致变色[2-6]，光反应[7]和UV可固化聚合物[8-11]。其中，已经进行了许多对具有偶氮侧组的聚合物的研究以产生光诱导的双折射以及基于的全息光学记录顺反光血变[2-6,12,13]。另外，通过用干涉光照射[1-6,12,13]，形成含含偶氮苯的聚合物的表面消除光栅。使用光反应性聚合物和/或它们的复合材料也通过光射和同时分子摩擦制造这种相热。我们报道了光交联聚合物液晶中介晶基团的重定向，以及它们在光学双折射薄膜中的应用，以实现高质量的液晶显示[8-11]。对于我们的材料，欧洲杯足球竞彩当薄膜暴露在干涉光下时，介生基团的重新定向和迁移是可以预期的，因为光交联的介生基团可能会改变分子迁移和薄膜的排列能力。 本文介绍了一种基于折射率调制和光交联聚合物液晶表面浮雕形成的热稳定全息光栅元件。由于材料在光栅形成过程中会产生周期性的平面内分子重定向，因此偏振全息光栅(偏振转换光栅)在衍射的同时也能转换偏振态衍射理论． 实验艾尔图1显示了我们的光交联聚合物液晶的化学结构。我们的光胶质链接性聚合物液晶含有聚合物侧链中的介性和光反应性基团。图1所示的光交联聚合物液晶是根据文献[8-10]合成的，液晶相在116之间oC和315.oC。
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图1所示。光交联聚合物液晶的化学结构。 |
制备了光交联聚合物液晶薄膜将二氯甲烷溶液旋涂在石英基底上，形成300纳米厚的聚合物膜。在旋涂后，聚合物膜在自然中是无定形的。根据我们之前的研究[8-10]，这里使用的光交联聚合物液晶通过线偏振光和随后的退火表现出热稳定的介晶侧基重定向。 图2说明了光源可联络聚合物液晶中的介晶基团的这种热稳定的重新定向。在旋涂聚合物材料后，在膜中随机对准介导装置，并且聚合物膜看起来如图2（a）中示意性所示。当用线性偏振紫外光照射聚合物时，光学电场方向的光反应性单元是轴选择性反应的，并且其他单元没有反应，如图2（b）所示。在光栅生成过程的这一阶段，由于介晶单元没有被调节，折射率变化很小。一旦聚合物在升高的温度下退火，介晶单元在光关键的单元的方向上调节，如图2（c）所示，导致由于调节的脱蛋白引起的大型光学各向异性。
（一种） 
（b） 
（C） |
图2。光源性可联合聚合物液晶中介晶分子光致胶的原理图。 |
使用从聚合物膜侧入射在样品上的两个相互相干的HE-CD激光束写入全息光栅。这些发出CW 325 nm光，强度为190 mW / cm2每个。两个书写光束的交叉角为9.8度，形成约2个光栅间距μ.m。两个相干写入光束的偏振态由一半和四分之一波板单独控制。将曝光剂量控制为48,95,190和380 mJ / cm2通过调整照射时间。在照射后，将薄膜在熔点（150℃）高于熔点（150℃）的升高至15分钟以诱导介导组的重新定位和分子迁移。 这两种相干波的干涉光的特性强烈地依赖于它们的偏振态。图3总结了两种波的偏振态与合成干涉光的特性之间的关系。前三种情况为平行偏振的两相干波干涉光，后三种情况为正交偏振的干涉光。在平行偏振情况下，合成的干涉光显示恒定偏振和调制强度(强度全息图);而两个正交偏振相干波的干涉图样强度不变，但偏振状态为周期调制(偏振全息图)，如图3中底部三种情况所示。从透射模式中记录的光栅的第一阶衍射光束的衍射效率用HE-NE激光在632.8nm上探测，通常在样品膜上发生异构。第一阶的衍射效率表示为η+1= I.+1/一世0我在哪里+1和我0分别为一阶衍射光束和入射探测光束的强度。
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图3。干涉光改变两相干光束的偏振态的组合。 |
结果与讨论在辐照后的任何书写条件下，衍射几乎不可见，而样品在液晶温度150℃下退火。旋锌在于热组合，衍射点出现。这些光栅在环境气氛中非常稳定，并且它们的光学性质可再现。图4示出了原子力显微镜（AFM）对变化两个记录光束的偏振态的记录光栅的表面结构的研究。AFM研究表明，在强度全息图的情况下，表面浮雕光栅出现，如图4（a）和4（b）所示，而它们几乎看不见的极化全息图[见图4（c）和4（d）]。图5总结了产生表面浮雕光栅的机制。在强度全息记录的情况下，如图3中总结的空间中的干涉光的强度被调制，因此聚合物膜中存在光反应性化合物的空间分布。由于这种密度分布，在退火过程中，聚合物材料从高密度区域迁移到低密度区域，如图5（a）所示。欧洲杯足球竞彩相反，在偏振全息记录的情况下，不调制干涉光的强度，并且在空间中仅调制偏振状态。在这种情况下，光反应性化合物的密度在聚合物膜中均匀，并且聚合物不能迁移，仅在退火期间可以发生介源分子的重新定位，如图5（b）中示意性地描述。
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图4。典型的AFM三维视图（a），（b）强度全息记录的光栅和（c），（d）光学环状聚合物液晶上的偏振全息记录的光栅。 |
（一种） 
（b） |
图5。(a)强度全息记录和(b)强度全息记录的表面浮雕光栅生成原理图。 |
测量衍射效率作为光极化方位角的函数α.，通过使用半波片旋转线性偏振的HE-NE激光束的偏振方向来调节。图6用各方位角的函数用各种曝光剂量绘制记录的光栅的衍射效率α.．如图6所示，强度全息光栅的衍射效率大大依赖于HE-NE探针光束的偏振方位角，而偏振全息光栅的偏振方位角几乎不依赖于偏振方位角。图6（a）示出了用两个相干光束记录的光栅的衍射效率，其具有平行的S偏振。在这种情况下，诱导相相地层的机制与脱源导向器的重新定位和聚合物迁移有关。必须注意到诱导双折射的符号在95到190 mJ / cm之间的曝光能量下逆转2．我们报道，当通过线性偏振紫外光照射光胶质可联络的聚合物液晶中的介晶基团的缺陷组的轴选择性光反应和热运动，产生光学源可联合的聚合物液晶中的介晶基团的热增强光学的光学性。然后退火。根据我们以前的研究，热增强分子重新定位的方向取决于光调节的光反应程度和分布。当光反应程度小于10％时产生光致抗性阴光各向异性的热扩增。相反，当光反应程度在15至20％之间时，诱导平行于光学电场的重新定向方向的逆转。因此，曝光剂量中衍射效率的方位角依赖性的差异应与曝光区域中介质组的双折射和重新定向方向有关。为了理解光栅形成，进行了估计衍射效率的直观方法。目前，我们假设具有平行偏振方向的两个写入梁产生线性双折射并改变特性椭圆形的比率而不改变原理轴的方向。在此条件下，折射率随方位角的变化而变化 ，并且表示为以下等式： 
（1）
其中n⊥和np是写梁的电场矢量的垂直和平行方向的原理折射率。此外，由于线性各向异性和表面浮雕引起的光栅同时出现。可以获得记录的全息图的总有效相位差： 
(2）
在哪里np和n一个是写作之前的折射率，分别是空气，D是初始膜厚度，Dd是表面调制深度。对于线性偏振探针光束，一阶衍射效率是： 
（3)
在哪里J12（DF）是DF中的第一批第一类订单贝塞尔功能。如图6(a)所示，利用公式(3)和不同曝光能量48,95,190,380mj /cm下的诱导双折射可以很好地解释实验结果2估计分别为-0.057，-0.055,0.029和0.052。
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图6。（a）平行线性，（b）平行圆形，（c）正交线性，（d）正交圆形相位光栅的衍射效率作为入射光极化方位角的函数。暴露剂量分别为48(开圆)、95(闭圆)、180(开方)和380(闭方)mJ/cm2。（a）中的四条实线代表理论上拟合曲线． |
平行圆模由两个偏振方向相同的圆光束组成，该模具有恒定圆偏振的强度调制特性，如图3所示。由于干涉光的偏振始终是圆形的，因此不应出现这种写入模式的光胶质可重字聚合物中的轴选择性反应，并且预计在这种实验条件下不会形成各向异性光栅。然而，随着在聚合物膜中生长的表面浮雕光栅，光栅显示出强光学各向异性，如图6（b）所示。这些结果和上述考虑表明，在退火过程中的聚合物迁移诱导了介源分子的重新定位，但不发生轴选择性光反应。 图6(c)和图6(d)绘制了用两种正交偏振相干波书写偏振光栅时衍射效率与探测光束方位角的关系。用正交线性和正交圆形模式照射薄膜给出了不同的结果。如图4(c)和4(d)所示，在正交偏振模式下形成的偏振光栅几乎看不到表面起伏。因此，这些相位光栅对应于光交联聚合物液晶的介晶群根据干涉光束的偏振信息重新定向而产生的纯偏振光栅。考虑到从纯偏振光栅的衍射光束的性质进行理论框架，以进行结果。在正交线性模式下，诱导双折射的光轴总是相对于x-y坐标(实验室轴)倾斜45°。因此，可以从非凡和普通波的线性组合描述偏振光栅中的光传播。这可以通过坐标转换来完成：  (4）
其中x轴和y轴是固定的实验室轴，o轴和e轴固定在介质中。这两个分量，o和e，是偏振光栅的正常模式，将以自己的相速度和偏振传播。由于相速度的差异，一个组件相对于另一个组件。这种延迟改变了出射光束和衍射光束的偏振状态。介质O-E坐标系中的新出现梁的电场由： 
，(5）
其中D是偏振光栅的厚度，并且λ是探针光束的波长。假设折射率的变化与光电场成正比，折射率ne和no，可以写作：
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（6） |
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（7） |
其中Δn是诱导的双折射。出现光束在x-y坐标下的电场由o-e坐标系转换回来得到: 
．（8)
在Fraunhofer的衍射现象的基础上，衍射梁的电场由：
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（9） |
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（10） |
一个xA.y由探针光束的偏振条件和Z确定o是样品和屏幕之间的距离。衍射光束的偏振条件表示为椭圆函数： 
（11）
其中a = re（ux), b = (uy), 
（12）
根据上述理论，我们可以计算偏振全息图的衍射性能。用于正交线性极化光栅， 当读取光束线性S偏振时，一阶衍射光束是线性的p偏振，而 当读取光束右手侧圆偏振时，一阶衍射光束是圆偏振的左侧偏振。对于正交圆偏振光栅，+一阶衍射光束左手圆偏振，当读取光束线性S偏振时，第一阶衍射光束是右手圆偏振的。 当读数光束为右侧圆偏振时，+一级衍射光束为左侧圆偏振，而-一级衍射光束不可见。这些极化转换特性的理论预期与实验观测结果一致，如图7和8所示。
（一种） 
（b） |
图7。从（a）正交线性和（b）正交圆偏振光栅的梁衍射的光束的偏振分析。阅读光束是p极化。 |
（一种） 
（b） |
图8。从（a）正交线性和（b）正交圆偏振光栅的梁衍射的光束的偏振分析。读数光束为右侧圆偏振光。 |
结论已经证实了使用光源可联络聚合物液晶的高稳定和官能化全息装置。在用紫外线干扰光照射后，光栅几乎是看不见的，但在退火膜中的薄膜中的膜后出现光栅。衍射测量和原子力显微镜观测表明，强度全息光栅既包含线性双折射，又包含表面浮雕，虽然没有形成没有表面拓扑浮雕的纯偏振光栅，用于偏振全息记录。我们预计这些材料和相光栅的这些独特的现象可以适用于各种光学装置。 致谢这项工作得到了IKetani科技基金会的部分支持。欧洲杯线上买球作者还希望对日本政府表示感谢，以便通过21次部分地支持这项工作英石世纪阁下（COE）教育部，文化，体育，科学技术部计划。欧洲杯线上买球 参考1。“聚合物作为电子和光光学活性培养基，（ED。V.P. Shivaev），Springer，Berlin，（1996）。 2。T. Todorov，L. Nikolova和N. Tomova，“极化全息术。1：一种新的高效有机材料，具有可逆光诱导的双折射“，苹果。选择。，23.，（1984）4309-4312。 3.H. ONO，N. Kowatari和N. Kawatsuki，“偶氮染料掺杂聚合物膜中激光诱导的双折射动态的研究”，选择。母校。，15.(2000) 33-39。 4.陈明华，史玉英，“一种具有分散红侧基团的非线性光学聚酯聚合物的大稳定光致折射率变化”，应用光学学报。理论物理。列托人。58.（1991）1131-1133。 5。P. Rochon，J. Gosselin，A. Natansohn和S.Xie，“光学诱导和擦除了偶氮族聚合物的双折射和二色性”，Appl。理论物理。列托人。60.（1992）4-6。 6。吴玉英，Y. Demachi, O. Tsutsumi, A. Kanazawa, T. Shiono And T. Ikeda，“在侧链中含有偶氮苯的聚合物液晶的光诱导排列。偶氮苯单元间隔长度对取向行为的影响大分子,31.（1998）1104-1108。 7。M. Schadt，K. Schmitt，V.Kozinkov和C. Chigrinov，“线性聚合光聚合物表面诱导液晶的平行排列日本。J. Appl。物理。，第1部分，31.（1992）2155-2164。 8。N. Kawatsuki，H. Takatsuka，T. Yamamoto和O. Sangen，“线偏振光诱导的侧链液晶聚合物的光学各向异性j .变异较大。科学。，Part A: Polym. Chem.,36.（1998）1521-1526。 9。“基于线偏振光的侧链聚合物液晶的光诱导取向控制”，应用光学学报。理论物理。列托人。74.（1999）935-937。 10。N. Kawatsuki，K。Goto，T. Kawakami和T. Yamamoto，“在光交联聚合物液晶膜的热增强的光学透光中取回对准方向”的大分子，35.（2002）706-713。 11.H. Ono, A. Emoto, F. Takahashi, N. Kawatsuki和T. Hasegawa， "光交联聚合物液晶中的高稳定偏振光栅“，J. Appl。理论物理。，94.（2003）1298-1303。 12.L. Nikolova，T.Todorov，M. Ivanov，F. Andruzzi，S. HVilsted和P. S. Ramanujam，“线性和圆形光各向异性侧链偶氮苯聚酯偏振全息光栅“，appl。选择。，35.(1996) 3835 - 3840。 13。F. CIUCHI，A. Mazzulla和G. Capparrone，弹性体偶氮染料系统中的永久极化光栅：分层和混合样品的比较“，J.Opp。SOC。我。，b19.（2002）2531-2537。 详细联系方式 |