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全息光折变材料原理

2022-04-16

  产生光折变效应有四个过程:①电荷分离,即在非均匀光辐照下产生载流子(电子或空穴);②电荷输运,即载流子沿着电荷密度梯度扩散或在外加电场作用下而迁移;③载流子被捕获,形成空间电荷场(space-.charge field);④在空间电荷场和外加电场共同作用下,材料的折射率产生空间调制。

  以外加电场驱动的光生载流子迁移为例,在相干光辐照下,光折变材料在相干亮区发生电荷分离,进而产生载流子(即电子或空穴)。在全息光折变高分子材料中,载流子通常是空穴。在外加电场的作用下,空穴沿电场方向迁移,并富集到相干暗区,导致电子在相干亮区富集,形成电子富集区。电子富集区与空穴富集区在全息光折变高分子材料内部形成空间电荷场,电荷场方向由空穴富集区指向电子富集区。根据相干光的正弦分布行为,空间电荷场的强度也呈正弦分布。在空间电荷场作用下,材料内部产生正弦式的折射率空间调制,形成全息光栅结构。全息光折变高分子材料的折射率调制度(n1)与材料内部空间电荷场的强度(ESC)成正比:

  在全息光折变高分子材料中,载流子迁移往往可以跨越几微米的距离。载流子迁移后,呈正弦分布的折射率与相干光的光强存在相位差,称为相位偏移(Φ)。若相位偏移值不为零,形成的全息光栅为非定域光栅(nonlocal grating),这是全息光折变材料区别于其他全息记录材料的重要特征。非定域光栅的形成会导致两束相干光之间产生能量转移,使其中一束光减弱、另一束光增强。此外,光强也影响全息光折变高分子材料形成光栅结构的速度。载流子迁移不会导致全息光折变高分子化学键的断裂、生成或转化。在均匀光辐照或加热条件下,已分离的电子、空穴复合而呈电中性,从而擦去全息信息。因此,全息光折变高分子材料适合应用于全息信息的快速可逆擦写。

  文章内容引用自专业教材,以便高分子科学工程、光学工程等领域的科技工作者作研究参考,未经本书原作者的许可,任何第三方不得复制或者转载本文内容。