1、本科毕业论文（20 届）聚合物存储材料中复用光栅衍射效率均匀性的研究所在学院 专业班级 应用物理 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 -本科毕业设计任务书题目：聚合物存储材料中复用光栅衍射效率均匀性的研究一、毕业论文内容及要求本毕业论文主要是研究光致聚合物材料中复用光栅衍射效率均匀性。当多幅光栅同时记录于材料一点时，各个光栅的衍射效率将受到多种因素影响，包括：暗增强、曝光时间、间隔角度等等。本研究从实验角度测试复用光栅的影响因素。主要探究暗增强过程对光栅均匀性的影响，试图寻找一种不需要曝光序列的光栅记录方法实现均匀性较好的复用光栅。基本内容：1、查找文献资料，了解论文内容
2、，有针对性的阅读文献；2、学习全息复用光栅的记录方法与记录过程，尝试各种因素对实验结果的影响；3、制备光致聚合物材料；4、进行全息光栅记录与读取测试，并记录实验结果；5、分析暗增强过程对复用光栅衍射效率均匀性的改善程度。基本要求：1、定期汇报学习情况，并与指导教师交流；2、自行制备光致聚合物材料；3、理论学习需要循序渐进，多看文献，多积累；4、通过毕业论文使学生了解并掌握基本全息相关知识；5、写出合格的毕业论文。- 3 -二、毕业设计（论文）进度计划及检查情况记录表序号 起止日期 计划完成内容 实际完成内容检查日期检查人签名1 2014.12.012015.02.20开题准备，查阅相关资料和文
3、献2 2015.02.202015.03.05开题。对本题目做深入了解，查找相关文献并阅读，写出计划表3 2015.03.052015.03.31学习全息复用光栅实验方法4 2015.03.312015.04.16针对多种影响因素进行实验，中期检查6 2015.04.162015.04.22进行归纳总结，分析暗增强过程对衍射效率均匀性的影响程度。7 2015.04.222015.05.26 完成毕业论文8 答辩注：（1）表中“实际完成内容” 、 “检查人签名”栏目要求用笔填写，其余各项均要求打印。（2）毕业设计（论文）任务书一式二份，一份学院系留存，一份发给学生，任务完成后装订在毕业设计说明书
4、（毕业论文）内。- 4 -天津理工大学本科毕业论文开题报告毕业设计（论文）题目聚合物存储材料中复用光栅衍射效率均匀性的研究一 、 课 题 的 意 义更 高 的 存 储 密 度 和 更 大 的 存 储 容 量 是 新 型 光 学 体 全 息 存 储 材 料 不 断 追 求 的 目 标 ，在 体 块 状 存 储 介 质 中 可 以 通 过 光 栅 复 用 来 实 现 。 光 栅 的 复 用 是 指 在 材 料 中 的 任 意 一 点 改变 记 录 条 件 存 入 多 个 光 栅 ， 各 个 光 栅 的 衍 射 效 率 受 多 种 因 素 的 影 响 ， 如 记 录 时 间 、 光 栅间 隔 角 度
5、 等 。 为 了 得 到 比 较 均 匀 的 光 栅 衍 射 效 率 ， 通 常 采 用 的 是 曝 光 序 列 法 ， 然 而 曝 光序 列 在理论计算和实验操作方面都很复杂，其实际应用具有很大的局限性。本题目利用基于菲醌掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯（PQ/PMMA ）光 致 聚 合 物 特 有 的 暗 增 强 特 性 ， 避 免 计 算复 杂 的 曝 光 序 列 ， 对 复 用 光 栅 衍 射 效 率 的 均 匀 性 进 行 研 究 。暗增强效应是PQ/PMMA材料特有的一种现象，记录在材料中的复用光栅在关闭记录光之后，各个光栅的衍射效率均会提高，而且衍射效率低的光栅增幅大，衍射效率高的光栅增幅
6、小，总体趋于均匀。通过本题目的研究学生能够对光致聚合物中复用光栅的衍射效率均匀性有比较全面的了解，包括实验光路的搭建，复用光栅的记录与读取，衍射效率均匀性的测试等。通过查阅文献资料，应用学过的光学基础课程和物理实验知识，研究本课题的任务，学生能够掌握科学研究的基本过程，培养学生对科研的兴趣。按照任务书规定的时间，完成聚合物存储材料中复用光栅衍射效率均匀性的研究。二 、 国 内 外 发 展 状 况PQ/PMMA 光 致 聚 合 物 已 经 广 泛 应 用 于 光 学 信 息 存 储 以 及 相 关 的 信 息 过 程 研 究 领 域 ， 这种 材 料 的 主 要 缺 点 是 响 应 速 度 慢
7、。 暗 增 强 现 象 已 经 被 证 明 可 以 用 来 改 善 PQ/PMMA 材料的响应速度，它是由材 料 内 部 的 PQ 分子由暗区向亮区进行扩散引起的。应 用 暗 增 强 现 象 能 够 改 善 复 用 光 栅 的 衍 射 效 率 均 匀 性 ， 并 且 避 免 了 计 算 复 杂 的 曝 光 序 列 。但 是 关 于 这 方 面 的 研 究 罕 有 报 道 ， 具 体 的 实 验 测 试 和 理 论 分 析 都 很 缺 乏 。三 、 研 究 内 容1. 学习全息复用光栅的记录与读取方法，改变影响衍射效率均匀性的各种条件，测试各种因素对实验结果的影响；- 5 -2. 制 备 PQ/
8、PMMA 光致聚合物材料；3. 记录复用光栅，测试短时曝光后的光栅暗增强现象，记录实验结果；4. 分析暗增强过程对复用光栅衍射效率均匀性的改善程度；5. 写 出 高 水 平 的 毕 业 论 文 。四 、 完 成 本 课 题 的 过 程 和 方 法1. 有针对性的阅读参考文献，深入理解论文研究内容；2. 分析影响复用光栅衍射效率均匀性的各种因素，学习实验光路的搭建，制定详尽的实验计划；3. 测试复用光栅的暗增强过程，获取实验数据；4. 分析实验数据，定性描述暗增强过程对复用光栅衍射效率均匀性的改善程度。五 、 参 考 文 献 1. D. Yu, H. Wang, H. Liu, J. Wang,
9、 Y. Jiang, and X. Sun, Chinese Physics B 20,114217 (2011).2. L. Yuan, J. G. Paul, M. W. Jonathan, B. George, K. B. Jennifer, and K. K. Raymond, Opt. Lett. 33, 566(2008).3. M. Ortuno, S. Gallego, C. Garcia, C. Neipp, A. Belendez, and I. Pascual, Appl. Phys. B 76, 851(2003).4. J. T. Sheridan, F. T. ON
10、eill, and J. V. Kelly, J. Opt. Soc. Am. B 21, 1443(2004).指导教师意见该学生对本课题的研究内容有一定的学习基础，前期查阅资料与文献翻译准备充分，完成本题目没有问题。希望她能够按照计划实施实验，获得较好的研究成果，并写出高水平的毕业论文。签字： 年 月 日天津理工大学教务处制表- 6 -聚合物存储材料中复用光栅衍射效率均匀性的研究摘要本文中通过实验我们研究了在掺杂菲醌的聚甲基丙烯酸甲酯光致聚合物中利用暗扩散增强特性优化复用全息光栅的衍射效率均匀性。通过暗增强来提高材料全息特性已经得到证实。在曝光过程中，可从最优预曝光和最优时间间隔得到最优衍
11、射效率，它们的值分别是最优预曝光为 ，最优时间间隔为 2 分钟。复用光23/104.cmJ栅的暗增强可以提高反应区域和动态范围并能够很好地预防材料的色饱和度。实验中我们对菲醌集中于折射率调制度增强的依赖性进行定量研究，这就为在复用光栅中使用量化策略改善衍射效率均匀性提供一些重要依据。最后，通过一个简单的使用暗增强实验步骤，我们可以改善衍射效率的均匀性，同时也能避免复杂的曝光序列。关键词：光致聚合物，全息光栅，暗扩散增强ABSTRACT In this paper , we study the dark diffusional enhancement of the optimal hologra
12、phic multiplexing grating in the phenanthrenequinone doped poly (methyl methacrylate) (PQ-PMMA) photopolymer through the experiment.It has been proved that the dark diffusional enhancement can improve the holographic characteristics of - 7 -the material.In the exposure process,we can obtain the opti
13、mized diffraction efficiency from the optimal preillumination exposure and the optimal time interval,and the optimal preillumination exposure value is , the optimal time interval value is 2 minutes.The 23/104.cmJresponse region and the dynamic range can be efficiently improved and saturation of the
14、material can be prevented by the dark enhancement of the multiplexed grating.We quantitatively study the dependence of the phenanthrenequinone focus on the increment of the refractive index modulation,which furnishes an important basis for improving the homogeneity in the multiplexed gratings using
15、a quantitative strategy.Finally,a simple experimental process using the dark enhancement presented to improve the homogeneity of the diffraction efficiency and to avoid the complex schedule exposure.Keywords: photopolymer,holographic multiplexing grating, darkdiffusional enhancement- 8 -目 录第一章 绪论 11
16、.1 课题的研究背景 11.2 PQ/PMMA 光致聚合物介绍 21.3 主要研究内容 3第 2 章 光化学机制分析 3第 3 章 样品制备和实验装置 43.1 PQ/PMMA 光致聚合物的制备 43.2 复用光栅记录装置 6第 4 章 实验测试与结果分析 64.1 预曝光对复用光栅的影响 64.2 复用光栅存储的时间间隔 74.3 复用光栅的暗增强 10第 5 章：结论 20参考文献 21致 谢 25- 9 -第一章 绪论1.1 课题的研究背景随着现代科学信息技术的飞速发展，人们对大数据存储容量的需求急速增长。目前，众多研究人员直致力于开发存储容量大、密度高和存取速度快的新型存储材料和相关技
17、术。而光学全息存储技术具有高存储容量、高数据传输速率、高冗余度和快速存取等诸多优点而引起了人们越来越多的关注。近些年来，光学全息存储技术在关键器件研发和新型存储材料研制等方面取得了令人瞩目的成就，同时更在光全息存储商品化的进程中取得了极大的进展，成为突破信息存储容量屏障的有力竞争者。经过近20年的飞速发展，全息存储技术愈趋成熟，该技术的基本原理及实现手段已经为众人知晓，其存储容量、存储密度和数据传输速率预估均远高于现有的硬盘水平。例如现今的蓝光光盘存储容量约为100GB，但是与其成本相比，很难将其普及，也就是说传统的光学存储技术在存储容量与普及化方面很难再出现更大的突破。因此人们迫切需要寻找一
18、种成本低廉、易于制备且数据存储容量高的存储材料。目前广泛应用于全息存储的材料分为有机材料和无机材料，无机材料生产条件苛刻，且成本过高，不符合人们对全息存储材料的需求，而有机材料的种类较多，可分为光这边聚合物、偶氮类聚合物、聚合物分散液晶、光致聚合物等材料。其中光折变聚合物的原理与无机晶体类似，光栅具有可擦除性，因此不适合信息的永久存储。偶氮类聚合物样品由于顺反异构过程不稳定，所形成的折射率调制度很容易被破坏，也不适合应用于全息记录。液晶材料在信息显示与光学调制器方面有着明显的应用优势，但是其信息存储的稳定性有待提高。对比各种有机材料，光致聚合物材料是适合进行一次写入永久读取的信息存储材料，其具
19、有高折射率调制度度和衍射效率、还能够通过掺杂进行性能改善，因此在全息数据存储领域非常有竞争优势。在这些聚合物中，掺杂菲醌的聚甲基丙烯酸甲酯（PQ/PMMA）光致聚合物由于其可忽略不计的收缩性，较高的厚度和良好的光学稳定性得到了广泛关注。该材料已广泛应用于光学信- 10 -息存储以及相关的信息过程研究领域。这种材料的主要缺点是响应速度慢。作为可替代方法之一，暗扩散增强现象可以缓解这种局限性。暗增强效应是PQ/PMMA材料特有的一种现象，记录在材料中的复用光栅在关闭记录光之后，各个光栅的衍射效率均会提高，而且衍射效率低的光栅增幅大，衍射效率高的光栅增幅小，总体趋于均匀。短暂的曝光之后，在光致聚合物
20、中能观察到光栅的暗增强现象，这是由于PQ分子从暗区到亮区的扩散引起的。相比较连续曝光，短暂曝光不仅能够防止全息散射的增强而且还能够缩小曝光点的光敏消耗。单个光栅的暗增强已经在光致聚合物中进行了分析，它是全息存储器的一种优化策略，并且它也为在单个光栅得到高效稳定的衍射效率提供了一个简单有效的方法。应 用 暗 增 强 现 象 能 够 改 善 复 用 光 栅 的 衍 射 效 率 均 匀 性 ， 并 且 避 免 了 计算 复 杂 的 曝 光 序 列 。 该研究内容及结果对于研究光致聚合物中复用全息光栅衍射效率均匀性和推进光全息存储的实用化进程具有重要的指导意义。1.2 PQ/PMMA 光致聚合物介绍一
21、般，良好的体全息存储材料都具有制备简单、物理厚度与有效厚度高、衍射效率高以及长期存储稳定性等性能，同时要求记录材料还要有良好的尺寸稳定性。PQ/PMMA 光致聚合物材料具有可忽略的体积收缩效应，厚度大等优点，又具有感光度高，折射率调制度度大，热稳定性能佳等特点，成为适用于大容量高密度光学全息存储的理想材料。为了得到较高的存储密度和较大的存储容量，通常，在样本的一个点记录多个复用光栅。此外，光致聚合物中复用光栅在光子晶体和光子微/纳米结构的制备上具有重要的应用价值。复用光栅衍射效率的均匀性是受记录过程的影响，曝光技术是获得均匀光栅的典型方法。然而，复杂计算方法和曝光过程中复杂的实验过程制约了对光致聚合物方法的适用性的研究。复用光栅的暗增强不仅能够改善 PQ/PMMA 光致聚合物的全息特性而且也能简化记录过程。然而，复用光栅的暗扩散增强特性很少引起人们的关注，且关于这方面的分析与实验研究也是不够充分的。因此，本文将通过实验细致地研究 PQ/PMMA 光致聚合物复用光栅的暗增强，改善其全息性能并分析其相应的物理机制。
