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键裂解型有机全息存储介质的光电特性研究

付申成  
【摘要】: 全息数据存储因具有极快的传输速率和极高的存储密度,而被认为是光存储领域最有前途的发展方向之一。而全息存储介质的发展是制约全息存储设备商品化的关键因素。有机光致变色材料掺杂的聚合物介质因具有可擦写、高分辨、低价格、快响应等优点而在全息存储领域得到了广泛关注。螺噁嗪(Spirooxazine, SO)是近些年来发展起来的一类新型有机光致变色材料,具有很高的热稳定性和抗疲劳性。在紫外光激励下,螺噁嗪分子发生碳氧键断裂,由无色的螺环结构转变为有色开放的部花青两性离子结构;而部花青分子可以通过光化学过程或热弛豫转回原始的螺环结构。螺噁嗪分子非线性光学性质较差;而部花青分子由于非中心对称结构而拥有极佳的非线性光学性质,其电偶极矩是目前已知有机物当中最大的几类之一 本文首先通过微波法快速合成了两种不同取代基的螺噁嗪化合物(SO1, SO2),之后通过旋涂法制备了含螺噁嗪的聚甲基丙烯酸甲脂(SO1(2)/PMMA)薄膜,并作为全息存储介质(简称存储介质)进行了以下4个方面的特性研究: 1光致变色特性研究。利用紫外-可见分光光度计测试了两种存储介质的吸收光谱,通过双能级模型拟合测试结果,得到了SO1(2)/PMMA存储介质的热速率常数,说明二者在热稳性上的显著差异。利用荧光光谱仪检测了两种存储介质在紫外光激发下的荧光特性,分析了存储介质热稳性对荧光光谱时间依赖关系的影响。 2光致各向异性特性研究。利用泵浦-探测法测量了SO1/PMMA存储介质光致双折射值的动力学过程,表征了其光致各向异性特性的实时演化规律。产生光致各向异性的微观机制有分子角度烧孔机制、分子角度重排机制和分子角度扩散机制三类。当泵浦光激励存储介质时,分子角度烧孔机制首先起主导作用,随着激励时间的推移,分子角度重排机制表现明显,而在热随机化的驱动下,分子角度扩散机制又产生作用。基于以上分析,本文建立了全息存储介质光致各向异性动力学方程,提出泵浦光光取向和光异构的双重作用,描述了光取向与热随机化的竞争过程,较好地解释了光强变化和偏振夹角变化下的双折射值实时演化过程,同时指出“常数模型”仅适用于拟合低光强激发下的双折射值动力学过程;而“热效应模型”特别适用于高功率泵浦的情况。 3偏振全息存储特性研究。讨论了偏振全息光栅的种类,并利用琼斯矩阵进行了数学描述,推导了不同干涉模式下的衍射效率一般表达式,定性地指出了衍射效率的动力学趋势。给出了SO1(2)/PMMA存储介质S-S和S-P偏振全息记录的实验结果和在紫外光伴随下的S-S全息光栅擦除的动力学过程,实验结果与建立的衍射效率函数曲线符合得很好,表明异构光栅与取向光栅的生长过程存在竞争。在热稳定性较好的SO1/PMMA存储介质中,S-S干涉模式下异构光栅的擦除过程伴随着瞬态取向光栅的形成。 4光开关特性研究。介绍了光开关器件的特性参数。通过控制光源强度和偏振态的变化实现了信号光光强的周期性调制,并给出了SO1/PMMA存储介质的开关比和开关时间。表明该存储介质可以应用于未来全光通信的开关装置中。 最后,对本文的工作进行了总结,提出了进一步工作的展望。


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