新型快响应光致聚合物的体全息存储研究
发布时间：2020-12-11 08:56
三维体全息存储以其存储密度高、数据传输快、寻址速率快、存储寿命长、制备成本低等优点,在信息存储技术中展现了极强的竞争力,受到人们的广泛关注。然而,一直以来该存储技术受其响应时间的限制,并没有在实际应用中得到普及。因此,快响应体全息存储的研究具有重要的意义和价值。本文基于两种材料,一种是以菲醌（PQ）为引发剂的PQ/PMMA光致聚合物,实现了纳秒量级脉冲曝光下的超快体全息存储;另一种是以二茂钛（IRGACURE 784,TI）为引发剂的TI/PMMA光致聚合物,在体全息存储中实现了毫秒量级的响应时间。采用纳秒脉冲曝光的方式首次实现了在PQ/PMMA聚合物中的超快体全息存储。实验中利用脉宽为6 ns,波长为532 nm的脉冲激光,实现了2 mm厚材料在单次脉冲曝光下的全息光栅记录,暗反应时间为15 min时,材料的最大光栅强度为1%。后续利用多脉冲曝光,在300次累积曝光下,得到了光栅的最大衍射效率,为32.9%,其光栅响应时间为0.88μs。累积曝光时间为1.5μs时,利用角度复用技术实现5幅全息图的复用存储,得到0.726的动态范围M#。掺杂Ag纳米粒子以改善其超快体全息存储性能。实验...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
圆偏振光记录装置中复用存储的多幅全息图[44]
哈尔滨工业大学理学博士学位论文-6-中，通过结合角度复用技术，成功地利用两束具有相同偏振方向的圆偏振光记录了多幅全息图，如图1-1所示。2015年，来自北京理工大学的谭小地团队[45]对PQ/PMMA光聚合物材料的偏振特性进行了实验研究，讨论了引入不同重量比的PQ分子对材料衍射效率的影响。此外，还观察了偏振式全息与传统全息的衍射效率差异。图1-2PQ的时间-空间分布以及相应的折射率调制度[48]Fig.1-2TemporalandspatialdistributionofPQandthecorrespondingindexmodulation[48]目前对于PQ/PMMA材料的研究大多数集中于通过纳米粒子的引入以及共聚基底的制备进一步提高PQ/PMMA的全息特性，使其能够真正投入到实际应用中；近年来年哈尔滨工业大学孙秀冬团队通过独特的高温聚合制备方法研制了PQ/PMMA材料[46-47]，并研究了其光栅动力学方程，对光致聚合物的光栅暗增强反应进行了优化，提高其适用性；通过扩散模型详细地分析了PQ分子的扩散过程对材料折射率调制的影响；提出了定性定量描述暗增强动力学的理论模型[48-49]，其中图1-2描述的是PQ分子的空间时间动态浓度变化。同时通过在PQ/PMMA光致聚合物中掺杂无机纳米粒子、有机分子以及共聚基底等方法提高并改善了其全息特性[50-53]，光栅的灵敏度由5.0×10-6cm2/J提高至2.3×10-6cm2/J，折射率调制度由0.9×10-5提高至9.4×10-5。并且分析了掺杂纳米粒子后光栅形成的动态过程，制备了多元掺杂聚合物，其各项指标性能均优于PQ/PMMA聚合物。国内外对于PQ/PMMA材料的研究已经十分详细，但是PQ分子的感光灵敏度较低，限制了在PQ/PMMA体系中记录的光栅衍射效率及响应时间。因此
?芄?产生等离激元共振吸收效应。通过实验证明表面等离激元共振对材料吸收带来的贡献，并且说明IRGACURE784光引发剂十分适用于制备可见光曝光下的光敏材料。随着研究的深入，一些团队也致力于探索IRGACURE784光引发分子的光致聚合动力学过程。2009年，Crivello[62]证明IRGACURE784光敏剂的光裂解过程涉及钛中心自由基(I)和芳基自由基(II)的初步形成，如图1-3所示。推测这两种物质都可以引发聚合反应。光敏剂具有低毒性，因此可以应用在医疗和牙科领域，使用该种光引发剂的环氧树脂材料具有各种化学和机械性能优势。图1-3IRGACURE784光裂解后的主要产物[62]Fig.1-3Themainproductsofphoto-cleavageinIRGACURE784[62]2010年，Sheridan团队[63]研究了IRGACURE784光引发剂在由环氧树脂基体和乙烯基单体组成的光聚合物中光化学机制，建立了物理模型并导出了描述IRGACURE784通过吸收消耗光敏分子和产生这些光产物的光化学速率方程，为该种光引发剂掺杂的材料的研究提供了理论支持。其主要的光化学过程为：初始基态的IRGACURE784吸收光子产生其异构体。这种新的异构体具有不同的吸收光谱，并且其随着时间的流逝可能发生反向异构化回到原来的基态的形式；或者出现光裂解现象，从而生成不稳定的二茂钛基(吸收体)和稳定的芳基化合物(副产物)；可能发生的另一种光化学反应是直接消耗异构体以形成
【参考文献】：
期刊论文
[1]偏光全息研究历程与展望[J]. 洪一凡,臧金亮,刘颖,范凤兰,吴安安,邵龙,康果果,谭小地. 中国光学. 2017(05)
[2]全息干板互易律失效规律的理论研究与数值模拟[J]. 郑贤旭,李泽仁,李作友,罗振雄,叶雁,钟杰. 光子学报. 2005(04)
本文编号：2910244
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
圆偏振光记录装置中复用存储的多幅全息图[44]
哈尔滨工业大学理学博士学位论文-6-中，通过结合角度复用技术，成功地利用两束具有相同偏振方向的圆偏振光记录了多幅全息图，如图1-1所示。2015年，来自北京理工大学的谭小地团队[45]对PQ/PMMA光聚合物材料的偏振特性进行了实验研究，讨论了引入不同重量比的PQ分子对材料衍射效率的影响。此外，还观察了偏振式全息与传统全息的衍射效率差异。图1-2PQ的时间-空间分布以及相应的折射率调制度[48]Fig.1-2TemporalandspatialdistributionofPQandthecorrespondingindexmodulation[48]目前对于PQ/PMMA材料的研究大多数集中于通过纳米粒子的引入以及共聚基底的制备进一步提高PQ/PMMA的全息特性，使其能够真正投入到实际应用中；近年来年哈尔滨工业大学孙秀冬团队通过独特的高温聚合制备方法研制了PQ/PMMA材料[46-47]，并研究了其光栅动力学方程，对光致聚合物的光栅暗增强反应进行了优化，提高其适用性；通过扩散模型详细地分析了PQ分子的扩散过程对材料折射率调制的影响；提出了定性定量描述暗增强动力学的理论模型[48-49]，其中图1-2描述的是PQ分子的空间时间动态浓度变化。同时通过在PQ/PMMA光致聚合物中掺杂无机纳米粒子、有机分子以及共聚基底等方法提高并改善了其全息特性[50-53]，光栅的灵敏度由5.0×10-6cm2/J提高至2.3×10-6cm2/J，折射率调制度由0.9×10-5提高至9.4×10-5。并且分析了掺杂纳米粒子后光栅形成的动态过程，制备了多元掺杂聚合物，其各项指标性能均优于PQ/PMMA聚合物。国内外对于PQ/PMMA材料的研究已经十分详细，但是PQ分子的感光灵敏度较低，限制了在PQ/PMMA体系中记录的光栅衍射效率及响应时间。因此
?芄?产生等离激元共振吸收效应。通过实验证明表面等离激元共振对材料吸收带来的贡献，并且说明IRGACURE784光引发剂十分适用于制备可见光曝光下的光敏材料。随着研究的深入，一些团队也致力于探索IRGACURE784光引发分子的光致聚合动力学过程。2009年，Crivello[62]证明IRGACURE784光敏剂的光裂解过程涉及钛中心自由基(I)和芳基自由基(II)的初步形成，如图1-3所示。推测这两种物质都可以引发聚合反应。光敏剂具有低毒性，因此可以应用在医疗和牙科领域，使用该种光引发剂的环氧树脂材料具有各种化学和机械性能优势。图1-3IRGACURE784光裂解后的主要产物[62]Fig.1-3Themainproductsofphoto-cleavageinIRGACURE784[62]2010年，Sheridan团队[63]研究了IRGACURE784光引发剂在由环氧树脂基体和乙烯基单体组成的光聚合物中光化学机制，建立了物理模型并导出了描述IRGACURE784通过吸收消耗光敏分子和产生这些光产物的光化学速率方程，为该种光引发剂掺杂的材料的研究提供了理论支持。其主要的光化学过程为：初始基态的IRGACURE784吸收光子产生其异构体。这种新的异构体具有不同的吸收光谱，并且其随着时间的流逝可能发生反向异构化回到原来的基态的形式；或者出现光裂解现象，从而生成不稳定的二茂钛基(吸收体)和稳定的芳基化合物(副产物)；可能发生的另一种光化学反应是直接消耗异构体以形成
【参考文献】：
期刊论文
[1]偏光全息研究历程与展望[J]. 洪一凡,臧金亮,刘颖,范凤兰,吴安安,邵龙,康果果,谭小地. 中国光学. 2017(05)
[2]全息干板互易律失效规律的理论研究与数值模拟[J]. 郑贤旭,李泽仁,李作友,罗振雄,叶雁,钟杰. 光子学报. 2005(04)
本文编号：2910244
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