全息聚合物分散液晶Bragg光栅的机理研究与性能优化

全息聚合物分散液晶Bragg光栅的机理研究与性能优化

论文摘要

聚合物单体由于光敏感性好、折射率调制度大和分辨率高等优点在全息聚合物光栅、光了晶体和光相位调制器等器件中得到广泛的应用。在形成器件的过程中,单体的扩散能力和聚合能力对器件的性能具有很大的影响。因此,如何确定单体的扩散速率和聚合速率系数在优化器件性能方面至关重要。所以提出一种方法可通用的并且便利的确定不同条件下单体的扩散速率和聚合速率系数就成了一项重要的任务。另外,在衡量全息聚合物分散液晶Bragg体光栅的性能时,高的衍射效率、低的阈值和关闭电压和快的效应速度是必要的参考指标。因而,本论文的工作主要围绕以下两个方面:1.理论上,根据Zhao和Mouroulis的一维反应扩散模型并结合严格的双波耦合理论推导出扩散速率系数和聚合速率系数的解析表达式。用该表达式确定扩散速率系数和聚合速率系数不仅与理论预测的参数范围符合很好,而且对于同一条件多次重复实验取得的数据一致性也很好,说明了该方法的可行性。之后,我们根据隐性中心差分方法对一维反应扩散模型进行求解,通过人为改变衰减系数,模拟光栅衍射效率建立过程。由于后聚合效应,我们将模拟分为聚合和后聚合两个过程,并对衰减系数加以区别。模拟结果显示,在适当选择衰减系数后,模拟曲线与实验实时记录曲线匹配很好。更进一步,修正一维反应扩散模型,将反应对光强的依赖性修正为其对活性单体浓度和寿命的依赖性,从而理论上给予后聚合效应很好的解释;2.实验上,利用后聚合效应,通过优化曝光时间制得衍射效率为96%的光栅,并通过在配方中引入紫外固化胶NOA65将光栅的阈值电压和关闭电压分别降至1.5V/μm和3.5V/μm。响应时间下降沿和上升沿经测量分别为153ms和250ms。最后通过光学偏光显微镜和共聚焦显微镜对液晶分了的排列取向定性的进行了分析研究。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 全息聚合物分散液晶的结构与工作原理
  • 1.2 全息聚合物分散液晶的形成机理
  • 1.3 全息聚合物分散液晶目前的研究现状
  • 1.3.1 理论方面
  • 1.3.2 实验方面
  • 1.3.2.1 衍射效率
  • 1.3.2.2 驱动电压
  • 1.3.2.3 响应速度
  • 1.4 本论文的研究工作与意义
  • 第2章 全息光致聚合反应的理论基础
  • 2.1 一维反应扩散模型
  • 2.2 其他模型的简介
  • 2.2.1 非局域化扩散模型
  • 2.2.2 自由体积模型
  • 2.2.3 质量转移模型
  • 2.3 全息光致聚合的动力学基础
  • 第3章 对一维反应扩散模型的修正
  • 3.1 解析确定单体的扩散常数和反应系数
  • 3.2 后聚合效应的理论表征
  • 第4章 光致全息聚合的实验研究
  • 4.1 实验材料
  • 4.1.1 单体
  • 4.1.2 光引发剂
  • 4.1.3 协引发剂
  • 4.1.4 交联剂
  • 4.2 实验系统
  • 4.3 衍射效率的动态模拟
  • 4.4 不同曝光功率下模拟参数的分析
  • 4.5 活性单体的浓度与寿命
  • 第5章 全息聚合物分散液晶光栅的性能优化
  • 5.1 衍射效率与结构形貌
  • 5.2 电学性能研究
  • 5.3 液晶取向分析
  • 第6章 结论
  • 攻读硕士学位期间发表和撰写的论文
  • 致谢
  • 参考文献
  • 相关论文文献

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