一般來說,新材料的研究往往涉及材料性能指標(biāo)體系的建立和大量樣片的綜合性能測(cè)試.光致聚合物材料配方中各組分的成分、含量及制備工藝等因素對(duì)其樣片的光學(xué)質(zhì)量、衍射效率、靈敏度、折射率調(diào)制幅度、預(yù)曝光量、抗噪性能和收縮率等性能指標(biāo)具有顯著影響。通過建立光致聚合物材料包括折射率、最大衍射效率、靈敏度、體積收縮率、信噪比損失、布拉格偏移等光學(xué)全息性能指標(biāo)體系和檢測(cè)系統(tǒng),可以對(duì)材料樣片的基本理化性能和全息特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)評(píng)和優(yōu)化,從而改進(jìn)光致聚合物材料制備工藝和材料光學(xué)性質(zhì).
1. 光學(xué)全息性能評(píng)價(jià)
體全息技術(shù)要求光致聚合物材料具備優(yōu)良的光學(xué)全息記錄和讀出性能.光致聚合物材料的性能指標(biāo)體系及相應(yīng)的有效測(cè)試方法包括以下三項(xiàng).
(1) 通用的全息性能.主要有:峰值衍射效率(可計(jì)算出最大折射率調(diào)制幅度)和靈敏度(初始靈敏度、最大靈敏度).測(cè)試時(shí)采用常規(guī)投射全息光路,但必須采用對(duì)材料不敏感的探針光(如633nm)對(duì)全息光柵記錄過程進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描檢測(cè),在掃描的角度響應(yīng)曲線中提取出實(shí)時(shí)衍射效率,形成光柵生長曲線,通過計(jì)算獲得峰值衍射效率和靈敏度.
(2) 材料的衍射噪音特性.散射噪音是全息記錄材料的一個(gè)本質(zhì)問題,會(huì)導(dǎo)致材料有效動(dòng)態(tài)范圍的損失,降低存儲(chǔ)容量,并嚴(yán)重影響再現(xiàn)像的質(zhì)量.由于光致聚合物的高分子聚合特點(diǎn),噪音影響更為突出,因此定量評(píng)價(jià)噪音成為降低材料噪音的第一步.可以從以下三方面對(duì)噪音進(jìn)行定量評(píng)價(jià):①通過測(cè)量雙向散射分布函數(shù)了解噪音的空間分布特性;②通過測(cè)量動(dòng)態(tài)投射率了解噪音建立的時(shí)間特性;③通過測(cè)量信噪比損失(LSNR)了解噪音引起圖像質(zhì)量的變化.研究表明,這三種評(píng)價(jià)方法的效果一致,且方法②簡便快捷,物理模型清晰,而方法③更為直觀,利于評(píng)價(jià)再現(xiàn)像的質(zhì)量.取LSNR=3dB即圖像信噪比下降到原始圖像1/2時(shí)的曝光量為3dB曝光度,以此作為評(píng)價(jià)材料噪聲特性的指標(biāo).
(3) 材料的收縮率.由于光致聚合物曝光后的體積收縮率成為影響厚膜材料性能的重要因素,抗收縮率是該材料研究的一個(gè)關(guān)鍵問題.我們建立了評(píng)價(jià)光致聚合物曝光后體積收縮的物理模型,從光致聚合物材料曝光后橫向與厚度的收縮引起光柵矢量大小和方向的變化入手,導(dǎo)出光致聚合物收縮率與光柵讀出角的布拉格偏移之間的顯示關(guān)系,并據(jù)此設(shè)計(jì)兩步實(shí)驗(yàn)法,藍(lán)光記錄,紅光讀出,分別對(duì)光致聚合物中的非傾斜光柵和傾斜光柵的布拉格偏移進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量.對(duì)兩種新型藍(lán)光敏感光致聚合物樣品測(cè)量測(cè)量橫向與厚度的收縮率,進(jìn)而求出材料的體積收縮率.為了適應(yīng)大量樣片的快速評(píng)價(jià),我們進(jìn)一步提出評(píng)估最大可能體積收縮率的一步式方法,通過一次記錄傾斜光柵的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就可以得到最大可能的體積收縮率的估算值.
