一般来说,新材料的研究往往涉及材料性能指标体系的建立和大量样片的综合性能测试.光致聚合物材料配方中各组分的成分、含量及制备工艺等因素对其样片的光学质量、衍射效率、灵敏度、折射率调制幅度、预曝光量、抗噪性能和收缩率等性能指标具有显著影响。通过建立光致聚合物材料包括折射率、最大衍射效率、灵敏度、体积收缩率、信噪比损失、布拉格偏移等光学全息性能指标体系和检测系统,可以对材料样片的基本理化性能和全息特性参数进行测评和优化,从而改进光致聚合物材料制备工艺和材料光学性质.
1. 光学全息性能评价
体全息技术要求光致聚合物材料具备优良的光学全息记录和读出性能.光致聚合物材料的性能指标体系及相应的有效测试方法包括以下三项.
(1) 通用的全息性能.主要有:峰值衍射效率(可计算出最大折射率调制幅度)和灵敏度(初始灵敏度、最大灵敏度).测试时采用常规投射全息光路,但必须采用对材料不敏感的探针光(如633nm)对全息光栅记录过程进行实时扫描检测,在扫描的角度响应曲线中提取出实时衍射效率,形成光栅生长曲线,通过计算获得峰值衍射效率和灵敏度.
(2) 材料的衍射噪音特性.散射噪音是全息记录材料的一个本质问题,会导致材料有效动态范围的损失,降低存储容量,并严重影响再现像的质量.由于光致聚合物的高分子聚合特点,噪音影响更为突出,因此定量评价噪音成为降低材料噪音的第一步.可以从以下三方面对噪音进行定量评价:①通过测量双向散射分布函数了解噪音的空间分布特性;②通过测量动态投射率了解噪音建立的时间特性;③通过测量信噪比损失(LSNR)了解噪音引起图像质量的变化.研究表明,这三种评价方法的效果一致,且方法②简便快捷,物理模型清晰,而方法③更为直观,利于评价再现像的质量.取LSNR=3dB即图像信噪比下降到原始图像1/2时的曝光量为3dB曝光度,以此作为评价材料噪声特性的指标.
(3) 材料的收缩率.由于光致聚合物曝光后的体积收缩率成为影响厚膜材料性能的重要因素,抗收缩率是该材料研究的一个关键问题.我们建立了评价光致聚合物曝光后体积收缩的物理模型,从光致聚合物材料曝光后横向与厚度的收缩引起光栅矢量大小和方向的变化入手,导出光致聚合物收缩率与光栅读出角的布拉格偏移之间的显示关系,并据此设计两步实验法,蓝光记录,红光读出,分别对光致聚合物中的非倾斜光栅和倾斜光栅的布拉格偏移进行实验测量.对两种新型蓝光敏感光致聚合物样品测量测量横向与厚度的收缩率,进而求出材料的体积收缩率.为了适应大量样片的快速评价,我们进一步提出评估最大可能体积收缩率的一步式方法,通过一次记录倾斜光栅的实验数据就可以得到最大可能的体积收缩率的估算值.
