菲醌摻雜的聚甲基丙烯酸甲酯聚合物全息光柵動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、光學(xué)體全息信息存儲(chǔ)以其大存儲(chǔ)容量，高傳輸速率與存儲(chǔ)密度成為下一代信息存儲(chǔ)的首選技術(shù)。全息存儲(chǔ)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，低成本的存儲(chǔ)材料與小型化的存儲(chǔ)系統(tǒng)使得該技術(shù)邁向了實(shí)用化。存儲(chǔ)材料中，菲醌摻雜的聚甲基丙烯酸甲酯(英文簡(jiǎn)稱PQ-PMMA)光致聚合物材料由于能夠制備獲得較高的厚度，同時(shí)具有高的衍射效率，較低的材料成本等優(yōu)勢(shì)而成為了全息技術(shù)的候選材料。然而該材料較低的響應(yīng)速率與高的全息散射限制了其自身的應(yīng)用。盡管目前人們針對(duì)材料性能改善進(jìn)行了大

2、量的實(shí)驗(yàn)研究工作，但至今沒(méi)有系統(tǒng)地研究材料的光化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，而且通過(guò)分析內(nèi)部光化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程來(lái)改善材料的全息性能沒(méi)有受到人們的重視。本文建立了PQ-PMMA光致聚合物的光化學(xué)反應(yīng)擴(kuò)散模型，從理論與實(shí)驗(yàn)兩方面研究了該光致聚合物材料全息光柵形成與演化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。動(dòng)力學(xué)過(guò)程的研究有助于認(rèn)識(shí)材料內(nèi)部光化學(xué)反應(yīng)，能夠?yàn)椴牧先⑿阅艿母纳铺峁┲匾睦碚撆c實(shí)驗(yàn)依據(jù)，加快材料的全息存儲(chǔ)實(shí)用化進(jìn)程。
　　本文將PQ-PMMA光致聚合物光柵形

3、成動(dòng)力學(xué)過(guò)程分為如下三個(gè)階段，分別為短時(shí)曝光后光柵的暗增強(qiáng)過(guò)程，連續(xù)曝光光柵形成的動(dòng)力學(xué)過(guò)程與光柵達(dá)到穩(wěn)態(tài)后的長(zhǎng)期衰減過(guò)程。本文分析各個(gè)階段的光化學(xué)反應(yīng)，基于光致聚合的非局域效應(yīng)提出了適合于該材料的動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散模型，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)描述光柵的動(dòng)態(tài)形成過(guò)程，為研究材料的內(nèi)部反應(yīng)與改善材料全息性能提供了一種從微觀到宏觀的手段。
　　光致聚合物動(dòng)力學(xué)參數(shù)是描述光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的重要基礎(chǔ)。文中應(yīng)用全息散射方法確定了PQ-PMMA光致聚合物材料中的量

4、子產(chǎn)率與摩爾吸收系數(shù)兩個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并結(jié)合光敏染料的光漂白作用更準(zhǔn)確地確定了這兩個(gè)參數(shù)的取值范圍。而后應(yīng)用擴(kuò)散模型描述了短時(shí)曝光后光柵暗增強(qiáng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。PQ分子擴(kuò)散是暗增強(qiáng)動(dòng)力學(xué)的重要影響因素，文中確定了增強(qiáng)速率、幅度與PQ分子濃度的關(guān)系，給出了曝光能量與暗增強(qiáng)的定量關(guān)系。結(jié)果表明暗增強(qiáng)能夠大幅提高衍射效率，改善材料的光敏性能。
　　本文首次觀察到復(fù)用光柵的暗增強(qiáng)效應(yīng)。研究表明該暗增強(qiáng)過(guò)程能夠有效改善材料的響應(yīng)區(qū)域，使材料從飽和返

5、回為線性，進(jìn)而有效提高信息存儲(chǔ)容量。同時(shí)由于復(fù)用光柵中強(qiáng)弱光柵的增幅差別，在等曝光能量下利用增幅的特征改善了復(fù)用衍射效率均勻性，從而避免使用復(fù)雜的曝光序列技術(shù)。
　　在連續(xù)曝光光柵形成過(guò)程中，本文將復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程同時(shí)引入描述光柵建立的非局域擴(kuò)散模型，通過(guò)解析形式與數(shù)值求解兩種方法描述了光柵形成的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，確定一個(gè)PQ分子參與的一對(duì)一聚合反應(yīng)為主要的光反應(yīng)過(guò)程，然后應(yīng)用該模型分析了光致聚合物中普遍存在的體積收縮效應(yīng)。