[发明专利]全息聚合物分散液晶光栅及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种应用可见光波、红外波或紫外波段领域的全息光栅，具体是一种全息聚合物分散液晶光栅及其制备方法。

背景技术

全息聚合物分散液晶光栅是一种新型功能性光学器件，是由向列相液晶、自由单体和光敏引发剂的混合物在激光全息干涉光场中发生光致聚合反应形成的。在全息干涉光场所导致明暗相间条纹的明场区域，自由单体发生光致聚合反应使该区域自由单体的浓度减少，在暗条纹处，自由单体发生光聚合反应较少，暗条纹处自由单体的浓度大于亮条纹处的浓度，根据浓度扩散和系统能量平衡原理，自由单体向明条纹处扩散，同时液晶向反方向扩散到暗条纹区域，形成多聚合物与少聚合物周期排列的全息聚合物分散液晶光栅。全息聚合物分散液晶光栅具有高的衍射效率、快速响应和容易制备等特点，并且由于其衍射效率具有电场调谐性，全息聚合物分散液晶光栅在很多领域具有潜在的应用，如光开关，光电寻址数据存储、衍射光学元件、反馈式激光器等领域。然而高的驱动电压阻碍了全息聚合物分散液晶的应用，其驱动电场往往到20伏特每微米以上，甚至更高，一般的用于制作全息聚合物分散液晶光栅的液晶盒厚度为20微米左右，也就是说其驱动电压往往接近400多伏特。这主要是由于在聚合物分散液晶中间的液晶微滴被非导电的聚合物包围，具有高的弹性畸变能，很强的锚定力。

经过对现有技术的检索发现，中国发明专利公开号CN102279557，公开日2011.12.14，记载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，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。但该技术全息聚合物分散液晶光栅的驱动电压高达18伏特/微米以上，影响了该器件在电控方面的应用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种全息聚合物分散液晶光栅及其制备方法，降低全息聚合物分散液晶光栅的驱动电压，其响应时间在毫秒级以下。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明通过将由单体、交联剂、协引剂和光敏引发剂组成预聚物与向列相液晶均匀混合后灌入液晶盒中，于全息干涉光场中进行光致聚合反应形成全息聚合物分散液晶光栅并固定聚合物分散液晶光栅，然后把液晶盒放入有机溶剂中以清洗向列相液晶和没有发生完全反应的残余物，之后将蓝相液晶再灌入液晶盒中得到全息聚合物分散液晶光栅。

所述的均匀混合中：向列相液晶所占的质量比例为25％～75％。

所述的单体优选采用但不限于：三丙烯酸丙烷三甲醇酯单体；所述的交联剂优选采用但不限于：N‐乙烯基吡咯烷酮；所述的协引剂优选采用但不限于：N‐苯基甘氨酸；所述的光敏引发剂的吸收峰值波长为250～760nm，优选采用但不限于：四氯四碘荧光素纳。

所述的聚合物分散液晶光栅的厚度为10～100微米的液晶盒，光栅周期为0.5～20微米。

所述的聚合物分散液晶光栅的厚度优选为20微米，光栅周期优选为14微米。

所述的光致聚合反应使用的激光光源是波长为300～800nm，光致聚合反应曝光时间为20秒。

所述的光致聚合反应使用的激光光源优选为488nm的蓝光激光器。

所述的固定聚合物分散液晶光栅的曝光时间为300秒。

所述的清除向列相液晶的方法具体为将液晶光栅在丙酮中浸泡48小时。

所述的蓝相液晶向列相液晶和手性剂的混合物，其中手性剂质量百分比优选为1％～10％；进一步优选为96.5％向列相液晶和3.5％手性剂。