一般來說,新材料的研究往往涉及材料性能指標體系的建立和大量樣片的綜合性能測試.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其樣片的光學質量、衍射效率、靈敏度、折射率調制幅度、預曝光量、抗噪性能和收縮率等性能指標具有顯著影響。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、布拉格偏移等光學全息性能指標體系和檢測系統(tǒng),可以對材料樣片的基本理化性能和全息特性參數(shù)進行測評和優(yōu)化,從而改進光致聚合物材料制備工藝和材料光學性質.
1. 光學全息性能評價
體全息技術要求光致聚合物材料具備優(yōu)良的光學全息記錄和讀出性能.光致聚合物材料的性能指標體系及相應的有效測試方法包括以下三項.
(1) 通用的全息性能.主要有:峰值衍射效率(可計算出最大折射率調制幅度)和靈敏度(初始靈敏度、最大靈敏度).測試時采用常規(guī)投射全息光路,但必須采用對材料不敏感的探針光(如633nm)對全息光柵記錄過程進行實時掃描檢測,在掃描的角度響應曲線中提取出實時衍射效率,形成光柵生長曲線,通過計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本質問題,會導致材料有效動態(tài)范圍的損失,降低存儲容量,并嚴重影響再現(xiàn)像的質量.由于光致聚合物的高分子聚合特點,噪音影響更為突出,因此定量評價噪音成為降低材料噪音的第一步.可以從以下三方面對噪音進行定量評價:①通過測量雙向散射分布函數(shù)了解噪音的空間分布特性;②通過測量動態(tài)投射率了解噪音建立的時間特性;③通過測量信噪比損失(LSNR)了解噪音引起圖像質量的變化.研究表明,這三種評價方法的效果一致,且方法②簡便快捷,物理模型清晰,而方法③更為直觀,利于評價再現(xiàn)像的質量.取LSNR=3dB即圖像信噪比下降到原始圖像1/2時的曝光量為3dB曝光度,以此作為評價材料噪聲特性的指標.
(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關鍵問題.我們建立了評價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系,并據此設計兩步實驗法,藍光記錄,紅光讀出,分別對光致聚合物中的非傾斜光柵和傾斜光柵的布拉格偏移進行實驗測量.對兩種新型藍光敏感光致聚合物樣品測量測量橫向與厚度的收縮率,進而求出材料的體積收縮率.為了適應大量樣片的快速評價,我們進一步提出評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驗數(shù)據就可以得到最大可能的體積收縮率的估算值.
