新型全息材料特性及全息显示技术研究

【摘要】：随着技术的进步和生活水平的提高,传统的二维图像显示方式已经不能满足人们对于视觉显示效果的需求,而对新型的三维立体显示技术充满了期待。在众多三维显示技术中,全息技术能够再现物体或场景的振幅和相位信息,是一种真三维显示技术,其在立体显示方面具有独特的优势和真实的三维显示效果。然而,目前全息技术的实现存在许多问题,基于空间光调制器的计算全息技术受到调制器件尺寸和像元尺寸的限制,很难实现高分辨率、大尺寸的全息显示;基于光场记录介质的光学全息依然缺少合适的记录材料。本文研究一种光致聚合物介质,期望其作为无后处理的数字全息三维图像打印媒介,以该光致聚合物为载体,通过实验研究和验证其作为静态全息图记录媒介的优势,在聚合物中成功记录和存储大数据、数字全息图和模拟全息图等。对于动态全息三维显示,采用两种染料掺杂向列相液晶制作成的全息液晶作为动态全息记录介质,探索在其中实现实时动态全息显示的可能性。本文的主要研究内容包括以下三个方面:(1)研究了一种高衍射效率的TMPTA光致聚合物。该聚合物在记录角度为26°时的衍射效率可达到90%,具有高衍射效率、高分辨率的优点,而且作为全息存储介质具有较高的稳定性,有利于信息的永久存储。通过测试样品的吸收谱,表明该介质对波长范围在450-600nm的可见光吸收能力较强,光敏性较高。研究了衍射效率与记录角度、记录光强和曝光时间的关系,测试有利于形成良好光栅结构的最佳实验条件。(2)验证了上述TMPTA光致聚合物的全息打印与信息存储性能。在确定了最佳的记录和曝光参数后,在该聚合物薄膜中干涉记录全息图。首先从简单的二波耦合记录光栅开始,并采用角度复用的方式在单点复用8幅不同的全息图;其次,采用光栅直写的方式在聚合物薄膜中存储光栅,在扫描电子显微镜下能够观察的良好的光栅结构;然后,实现了不同类型二维信息存储,并采用RGB三色重建;进一步,通过多通道角度复用实现体视全息图的记录;而后,以实物反射光波作为物光,单束光干涉记录反射式模拟全息图,并且能够长期稳定保存;最后,记录计算全息图衍射重建三维物体的光波,并能够重建该数字三维物体的波前信息。上述一系列实验表明该介质具有作为全息记录材料的基础性能,在全息打印、大数据存储、全息防伪和数字全息图记录等领域均具有发展潜力。(3)根据性能要求选择了两种分子结构不同的偶氮染料掺杂向列相液晶,测试不同浓度下两种全息液晶的响应特性,表明在低浓度时全息光栅的建立和自擦除时间总和均小于40ms,可以实现频率高于25帧/s的全息视频显示,通过对比两种全息液晶,选择其中一种实现了实时动态全息显示。