基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息图的制备方法

摘要

本发明提供了一种基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息图的制备方法。在波长为441.6nm的激光干涉场中，首先采用全息摄影技术制得存储有被摄物体反射（或透射）光波信息（振幅、相位）的全息母板，再利用物光在布拉格角方向上照射全息母板产生衍射光，该衍射光和参考光同时照射由光敏剂、共引发剂、可进行自由基聚合的单体和液晶制得的全息底板，当到达全息底板的两束激光的总光程相当时，二者在全息底板上发生光学相干，制得日光下可以观察到被摄物体图像的基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息图。

说明书

技术领域

本发明属功能材料领域，涉及基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息 图的制备方法。

背景技术

彩色三维全息存储与读出相对于传统的模压成像具有更强的视觉效果，在 显示及防伪领域有广泛的应用前景。由于聚合物质轻、耐用、柔性好的特点， 已被应用于图像存储领域，杜邦公司研发的全息光聚合物材料就具有很高的衍 射效率(美国专利US5098803-A)。但大多聚合物由于缺乏足够大的折射率调制 幅度而造成相应全息图的衍射效率不高、亮度较低，因而缺乏实际应用。聚合 物分散液晶是拓宽聚合物折射率调制范围的有效手段。近年来，纳米光子学的 出现促进了激光全息技术与聚合物分散液晶材料的融合，由此制备的激光全息 聚合物分散液晶光栅材料在高密度/高速度/海量存储器、显示器件、可调制的超 级棱镜、高性能传感器等领域的应用备受关注(Chem.Mater.1993，5：1533-1538； Mol.Cryst.Liq.Cryst.2007，478：907-918；Chem.Soc.Rev.2007，36：1868-1880； 中国专利CN101793987A)，但基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息图 的制备方法未见报道。我们首先采用全息摄影技术制得存储有被摄物体反射(或 透射)光波信息(振幅、相位)的全息母板7，再利用物光6在布拉格角方向上 照射全息母板7，产生的衍射光8与参考光10在全息底板9上相干，制得日光 下可以观察到被摄物体图像的基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息 图。

发明内容

本发明的任务是提供一种基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息图 的制备方法。

实现本发明的技术方案是：

本发明提供的这种基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息图的制备 方法，包括以下步骤：

(1)以卤化银或重铬酸盐明胶为记录介质采用全息摄影技术制得存储有被摄 物体反射或透射的振幅和相位光波信息的全息母板；

(2)将光敏剂、共引发剂、可进行自由基聚合的单体和液晶超声混合均匀， 并通过毛细管作用灌注到液晶盒中制得全息底板；

(3)将一束波长为441.6nm的激光通过偏振光分光器分成两束光，其中一束 光为物光，它先经过全息母板后再照射全息底板；另一束光为参考光，它不经 过全息母板而直接照射全息底板；

(4)物光从全息母板的布拉格角方向上照射全息母板，产生含有被摄物体信 息的衍射光，该衍射光与参考光同时照射全息底板，当到达全息底板的两束激 光总光程相当时，二者发生光学相干，引发单体聚合并诱导相分离，制得日光 下可以观察到被摄物体图像的基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息 图。

本发明所述的全息底板由0.01～10wt.％的光敏剂、0.1～10wt.％的共引发剂、 30～90wt.％的可进行自由基聚合的单体和10-70wt.％的液晶制得，其厚度为 10～30μm。

本发明所述的光敏剂为3，3′-二乙基噻碳菁碘化物、香豆素6、香豆素343、 7-二乙氨基-3-噻吩甲酰基香豆素、3，3′-羰基双(7-二乙胺香豆素)、6-羟基-7-甲氧 基-4-苯基香豆素、7-二乙氨基-3-(2-苯并咪唑)香豆素和双2，6-二氟-3-吡咯苯基二 茂钛中的一种或几种；

本发明所述的共引发剂为N，N，N-三乙胺、N-甲基马来酰亚胺、N-乙基马来 酰亚胺、三乙醇胺、N-苯基甘氨酸、乙酰苯基甘氨酸、对氯苯基甘氨酸、3-溴苯 基甘氨酸、3-腈基苯基甘氨酸、N-苯基甘氨酸乙酯、2，4，6-三(三氯甲基)-1，3，5-三 嗪和2-(4′-甲氧基苯基)-4，6-双(三氯甲基)-1，3，5-三嗪中的一种或几种。

本发明所述的可进行自由基聚合的单体为丙烯酸酯、丙烯酰胺和N-乙烯基 类单体中的一种或几种，其中所述的丙烯酸酯可以是甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸 丁酯、2-丙烯酸异辛酯、二甲基丙烯酸乙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或季 戊四醇四丙烯酸酯；所述的丙烯酰胺可以是甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺 或甲叉双丙烯酰胺；所述的N-乙烯基类单体可以是N-乙烯基吡咯烷酮或N-乙烯 基咔唑。

本发明所述的液晶为E7、P0616A、5CB、7CB、8CB、5CT液晶中的一种 或几种。

本发明利用全息聚合物分散液晶光栅具有高衍射效率、高分辨率和高亮度 的特性，通过两步法制得日光下可以观察到被摄物体图像的基于全息聚合物分 散液晶光栅的彩色三维全息图。本发明首先采用全息摄影技术制得存储有被摄 物体反射(或透射)光波信息(振幅、相位)的全息母板7，再利用物光6在布 拉格角方向上照射全息母板7产生衍射光8，衍射光8和参考光10同时照射全 息底板9，当到达全息底板的两束激光的总光程相当时，二者发生光学相干，引 发单体聚合并诱导相分离，制得日光下可以观察到被摄物体图像的基于全息聚 合物分散液晶光栅的彩色三维全息图。

本发明所述的全息母板，其记录介质为均匀涂覆在平板玻璃上的卤化银或 重铬酸盐明胶。

附图说明：

图1为基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息图的记录装置示意图。

如图所示，激光器1产生波长为441.6nm的激光，经过偏振光分光器2分 成两束激光，并经过平面反射镜(3和13)、4倍放大准直扩束镜(4和12)、消 杂光光阑(5和11)后分别产生物光6和参考光10；物光6在布拉格角方向上 照射储存有被摄物体信息的全息母板7，产生带有被摄物体信息的衍射光8，衍 射光8和参考光10同时照射全息底板9，当到达全息底板9的两束激光的总光 程相当时，二者发生光学相干，制得日光下可以观察到被摄物体图像的基于全 息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息图。

图中数字标识所示为：

1-波长为441.6nm的激光器；

2-偏振光分光器；

3-平面反射镜；

4-4倍放大准直扩束镜；

5-消杂光光阑；

6-物光；

7-全息母板；

8-衍射光；

9-全息底板；

10-参考光；

11-消杂光光阑；

12-4倍放大准直扩束镜；

13-平面反射镜.

具体实施方式

实施例1：

在441.6nm激光干涉场中，首先采用全息摄影技术制得存储有被摄物体反 射(或透射)光波信息(振幅、相位)的全息母板，再利用物光在布拉格角方 向上照射全息母板产生衍射光，该衍射光和参考光同时照射由0.01wt.％的光敏 剂(1∶1的3，3′-二乙基噻碳菁碘化物和香豆素6)、0.1wt.％的共引发剂(1∶1∶2的 N，N，N-三乙胺、N-甲基马来酰亚胺和3-溴苯基甘氨酸)、30wt.％的可进行自由 基聚合的单体(2∶3∶1的甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰胺和N-乙烯基吡咯烷酮) 和70wt.％的液晶(2∶1的8CB和5CT)制得的厚度为10μm的全息底板，当达 到全息底版的两束激光的总光程相当时，二者在全息底板上发生光学相干，曝 光强度为0.1mW/cm²，曝光时间为500s，制得日光下可以观察到被摄物体图像 的基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息图。

实施例2：

在441.6nm激光干涉场中，首先采用全息摄影技术制得存储有被摄物体反 射(或透射)光波信息(振幅、相位)的全息母板，再利用物光在布拉格角方 向上照射全息母板产生衍射光，该衍射光和参考光同时照射由0.01wt.％的光敏 剂(1∶2的香豆素343和7-二乙氨基-3-噻吩甲酰基香豆素)、0.1wt.％的共引发剂 (1∶2∶1的N-乙基马来酰亚胺、N-苯基甘氨酸和2，4，6-三(三氯甲基)-1，3，5-三嗪)、 90wt.％的可进行自由基聚合的单体(1∶2∶1的丙烯酸丁酯、2-丙烯酸异辛酯和 N-异丙基丙烯酰胺)和10wt.％的液晶E7制得的厚度为15μm的全息底板，当 达到全息底版的两束激光的总光程相当时，二者在全息底板上发生光学相干， 曝光强度为0.7mW/cm²，曝光时间为300s，制得日光下可以观察到被摄物体图 像的基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息图。

实施例3：

在441.6nm激光干涉场中，首先采用全息摄影技术制得存储有被摄物体反 射(或透射)光波信息(振幅、相位)的全息母板，再利用物光在布拉格角方 向上照射全息母板产生衍射光，该衍射光和参考光同时照射由0.01wt.％的光敏 剂(1∶1的3，3′-羰基双(7-二乙胺香豆素)和6-羟基-7-甲氧基-4-苯基香豆素)、10 wt.％的共引发剂(2∶1∶1的三乙醇胺、乙酰苯基甘氨酸和3-腈基苯基甘氨酸)、 70wt.％的可进行自由基聚合的单体(1∶1∶2的二甲基丙烯酸乙酯、三羟甲基丙烷 三甲基丙烯酸和N-乙烯基咔唑)和20wt.％的液晶P0616A制得的厚度为15μm 的全息底板，当达到全息底版的两束激光的总光程相当时，二者在全息底板上 发生光学相干，曝光强度为0.7mW/cm²，曝光时间为300s，制得日光下可以观 察到被摄物体图像的基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息图。

实施例4：

在441.6nm激光干涉场中，首先采用全息摄影技术制得存储有被摄物体反 射(或透射)光波信息(振幅、相位)的全息母板，再利用物光在布拉格角方 向上照射全息母板产生衍射光，该衍射光和参考光同时照射由10wt.％的光敏剂 (2∶1的7-二乙氨基-3-(2-苯并咪唑)香豆素和双2，6-二氟-3-吡咯苯基二茂钛)、5 wt.％的共引发剂(1∶1∶1的对氯苯基甘氨酸、N-苯基甘氨酸乙酯和2-(4′-甲氧基苯 基)-4，6-双(三氯甲基)-1，3，5-三嗪)、70wt.％可进行自由基聚合的单体(3∶1∶4的 N-乙烯基咔唑、季戊四醇四丙烯酸酯和甲叉双丙烯酰胺)和15wt.％的液晶(1∶1 的5CB和7CB)制得的厚度为30μm的全息底板，当达到全息底版的两束激光 的总光程相当时，二者在全息底板上发生光学相干，曝光强度为20mW/cm²， 曝光时间为350s，制得日光下可以观察到被摄物体图像的基于全息聚合物分散 液晶光栅的彩色三维全息图。

实施例5：

在441.6nm激光干涉场中，首先采用全息摄影技术制得存储有被摄物体反 射(或透射)光波信息(振幅、相位)的全息母板，再利用物光在布拉格角方 向上照射全息母板产生衍射光，该衍射光和参考光同时照射由0.01wt.％的光敏 剂(3，3′-羰基双(7-二乙胺香豆素))、10wt.％的共引发剂(乙酰苯基甘氨酸)、70 wt.％的可进行自由基聚合的单体(1∶1∶2的二甲基丙烯酸乙酯、三羟甲基丙烷三 甲基丙烯酸和N-乙烯基咔唑)和20wt.％的液晶P0616A制得的厚度为15μm的 全息底板，当达到全息底版的两束激光的总光程相当时，二者在全息底板上发 生光学相干，曝光强度为0.7mW/cm²，曝光时间为300s，制得日光下可以观察 到被摄物体图像的基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三维全息图。

实施例6：

在441.6nm激光干涉场中，首先采用全息摄影技术制得存储有被摄物体反 射(或透射)光波信息(振幅、相位)的全息母板，再利用物光在布拉格角方 向上照射全息母板产生衍射光，该衍射光和参考光同时照射由0.01wt.％的光敏 剂(1∶1的3，3′-羰基双(7-二乙胺香豆素)和6-羟基-7-甲氧基-4-苯基香豆素)、10 wt.％的共引发剂(2∶1∶1的三乙醇胺、乙酰苯基甘氨酸和3-腈基苯基甘氨酸)、 70wt.％的可进行自由基聚合的单体(N-乙烯基咔唑)和20wt.％的液晶P0616A 制得的厚度为15μm的全息底板，当达到全息底版的两束激光的总光程相当时， 二者在全息底板上发生光学相干，曝光强度为0.7mW/cm²，曝光时间为300s， 制得日光下可以观察到被摄物体图像的基于全息聚合物分散液晶光栅的彩色三 维全息图。