全息光栅及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种全息光栅，包括：多个第一结构区，包括压克力系高分子，具有第一折射率；以及多个第二结构区，包括非液晶分子，具有第二折射率，其中该第一结构区相邻于该第二结构区且该第二折射率高于该第一折射率。本发明专利技术另提供一种全息光栅的制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全息光栅，特别是涉及一种包含非液晶分子的全息光栅。
技术介绍
1960年同调激光的专利技术，带来了应用光学革命性的发展。与非同调光源相 比，同调光源增加了光学储存及光学信号传递的稳定性，同时，也减少了 信号传递时，信息流失及信号解析不易的问题。英国科学家D. Gabor在1948 年提出的全息术(Holography)也因同调激光系统的演进而得到实践。全息术 利用记录介质对光波动场的敏感性，将例如相位或振幅的光学信号通过介 质的光学特性，例如折射率或吸收系数，直接反应出来，随后，以参考光 源或探测光源在干涉平面的波前重建，以使信号再现并进行记录读取。在同调光源(在全息术中指物光及参考光)干涉下，介质会受干涉场影响 而随空间产生周期性变化。在光辐照过程中，除物质本身外层电子偏极化、 温度梯度变化或载子浓度改变之外，亦有可能因光能转移而产生某些化学 反应才几制，例如光聚合反应 (photo-polymerization)、 光致变色反应 (photochromism)或光分角年反应(photodecomposition)等，改变了介质的光电特 性，使其随三维空间分布而周期性地变化，此结构称为光学光栅(optical gratings)。光学光栅的应用范畴包含了光学逻辑运算元件、全息影像储存技 术、光学开关、影像信号的处理与放大等，在应用上有极大潜力及开发价 值。传统光储存系统皆在二维平面上记录， 一 直有着储存密度(storage density)的限制。全息光学技术提供了三维空间记录的思维模式，并具有以 有机感光材作为记录介质的优点，例如使用具有高双折射率、光学各向异 性及偏振光选择性的液晶分子，在全息光学光栅的相位储存记录上是很好4的选择。然而，液晶分子的高成本及元件上因液晶排列而产生的散射问题， 使其在信号储存记录上无法作最有效率的发挥。
技术实现思路
本专利技术的一实施例，提供一种全息光栅，包括多个第一结构区，包 括压克力系高分子，具有第一折射率；以及多个第二结构区，包括非液晶 分子，具有第二折射率，其中该第一结构区相邻于该第二结构区且该第二 折射率高于该第一折射率。本专利技术的一实施例，提供一种全息光栅的制造方法，包括混合压克 力系单体、非液晶分子与光起始剂；以及进行光干涉步骤，以形成多个第一结构区与多个第二结构区，其中该第一结构区包括压克力系高分子，具 有第一折射率，该第二结构区包括非液晶分子，具有第二折射率，其中该 第一结构区相邻于该第二结构区且该第二折射率高于该第一折射率。本专利技术全息光栅可应用于影像记录、讯息传递、信息储存及光学逻辑 运算元件等领域。本专利技术以低成本、低折射率的压克力系单体，例如曱基 丙烯酸曱酯(MMA),配合使用透明、高折射率及高流动性的非液晶分子取 代原液晶介质，而开发出一种低成本、高分辨率的非液晶介质全息光栅。 本专利技术全息光栅提供了三维空间的信息储存技术，完全运用介质于空间上 的分布达到记录效能，大幅降低制造成本及有效提升储存容量。为让本专利技术的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实 施例，并配合附图，作详细说明如下附图i兌明附图说明图1为本专利技术一实施例的一种全息光栅结构示意图。图2A 2B为本专利技术一实施例的一种全息光栅的制造方法。第3A 3C图为本专利技术全息光栅的形成机制。主要附图标记说明10 全息光栅； 12、 28 第一结构区；26~密闭空间； 32 压克力系单体;514、 30 第二结构区； 16、 44 压克力系高分子; 18、 34 非液晶分子; 20~间隙子；36 光起始剂； 38~支撑材； 40~光强区； 42~光弱区。22、 24 玻璃基板；具体实施方式请参阅图1,说明本专利技术一实施例的一种全息光栅结构。全息光栅10 包括多个第一结构区12以及多个第二结构区4。第一结构区12包括压克 力系高分子16,具有第一折射率，大约介于1.4-1.5。第二结构区14包括 非液晶分子18,具有第二折射率，大约介于1.6 1.8。第一结构区12相邻 于第二结构区14且第二折射率高于第一折射率。压克力系高分子16可包括聚曱基丙烯酸曱酯(poly(methyl methacrylate)， PMMA)。非液晶分子18可为透明分子，例如二苯硫醚(diphenyl sulfide, DS) 或二曱基亚砜(dimethyl sulfoxide, DMSO)的含硫化合物或例如氯萘 (l-chloronaphthalene)的含卣素化合物。全息光栅10的组成还包括接枝于压克力系高分子16上的多官能团单 体(未图示)。多官能团单体可包括压克力系单体衍生物，例如l,6-己二醇二 甲基丙烯酸酯(l,6-hexanedio1 dimethacrylate, HD2A)、 二季戊四醇五丙烯酸酯 (dipentaerythritol pentaacrylate, DPPA)、季戊四醇三丙烯酸酉旨(pentaerythritol triacrylate， PE3A)或季戊四酉享四丙烯酸酯(pentaerythritol tetraacrylate, PE4A)。 全息光栅10的线宽密度大约介于800~1，200 lines/mm或1,000 lines/mm。此 外，全息光栅10的衍射效率极值可达30%左右，已接近Raman-Nath区域 (Raman-Nath regime)的穿透光栅理论极值33.9 %。本专利技术全息光栅可应用于影像记录、讯息传递、信息储存及光学逻辑 运算元件等领域。本专利技术以低成本、低折射率的压克力系单体，例如曱基 丙烯酸曱酯(MMA)，配合使用透明、高折射率及高流动性的非液晶分子取 代原液晶介质，而开发出一种低成本、高分辨率的非液晶介质全息光栅。 本专利技术的全息光栅提供了三维空间的信息储存技术，完全运用介质在空间 上的分布达到记录效能，大幅降低制造成本及有效提升储存容量。请参阅图2A 2B，说明本专利技术一实施例的一种全息光栅的制造方法。6首先，将所需厚度的间隙子(spacer) 20置于干净玻璃基板22两侧。之后， 取另一玻璃基板24覆盖其上并将两侧密封，以形成密闭空间26，如图2A 所示。本专利技术的另一实施例，亦可使用塑料基膜取代玻璃基板。接着，将压克力系单体、多官能团单体、非液晶分子及光起始剂，以 压克力系单体多官能团单体非液晶分子例如1~1.5: 1~1.5: 1~2.5摩尔 的适当比例均匀混合。压克力系单体可包括曱基丙烯酸曱酉旨(MMA)。多官 能团单体可包括压克力系单体衍生物，例如1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯 (1，6-hexanedio1 dimethacrylate, HD2A) 、 二季戊四醇五丙烯酸酉旨 (dipentaerythritol pentaacrylate, DPP A)、 季戊四醇三丙烯酸酉旨(pentaerythritol triacrylate, PE3A)或季戊四醇四丙烯酸酯(pentaerythritol tetraacrylate， PE4A)。 非液晶分子可包括含硫化合物，例如二苯硫醚(diphenyl sulfide, DS)或二曱基 亚砜(dimethyl sulfoxide, DMSO)。光起始剂可包括孟加拉玫瑰红本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全息光栅，包括：　多个第一结构区，包括压克力系高分子，具有第一折射率；以及　多个第二结构区，包括非液晶分子，具有第二折射率，其中该第一结构区相邻于该第二结构区且该第二折射率高于该第一折射率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕杰夫，刘瑞祥，蔡世荣，时国诚，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]