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全息复合材料,液晶复合材料的应用

2022-04-18

  一、三维图像存储

  解孝林团队以全息高分子/液晶复合材料为介质,实现了彩色三维(3D)图像存储。首先制备全息母版,将相干激光分成两束同源相干光,分别作为参考光与物光,前者经反射、扩束后直接照射全息记录材料,后者经反射、扩束后先照射被记录物体,再反射到全息记录介质。两束光在全息记录介质处汇聚并相干,从而记录下物体的3D图像。由于全息母版中存储的物像离母版表面较远,白光再现时存在显著的色散效应,导致多个波长的再现图像相互交叠而模糊不清,因此在自然光下无法观察到3D图像。光路将存储在母版中的全息图转移到全息高分子/液晶复合材料中,可使物像正好处在全息高分子液晶复合材料平面内,进而消除色散导致的图像模糊,在日常光源(如日光、荧光灯、白炽灯等)下即可裸眼观察。图4-32给出了基于全息高分子/液晶复合材料存储的北京天坛祈年殿3D图像,再现的3D图像清晰且具有斑斓的色彩。改变观察角度时,祈年殿的图像“旋转”,呈现出动态3D的视觉效果。具有优异视觉效果的全息图在高端防伪和立体广告显示领域具有潜在的应用价值。

  二、传感器

  宾夕法尼亚大学Huang等制备了基于全息高分子/液晶复合材料的湿度传感器。该全息高分子/液晶复合材料的原料中含有丙酮。在材料成型后,除去其中的丙酮,从而在相干暗区留下纳米孔洞。纳米孔洞在吸附水蒸气前后的折射率不同,使全息光栅对从布拉格角(θB)入射的可见光透过率不同。当相对湿度从40%增加至95%时,475nm处的相对透光率从6%增加到47%,702m处的相对透光率从4%增加到64%。同样的全息光栅还可用作生物传感器。

  三、电可调光栅

  基于全息高分子/液晶复合材料的全息光栅是电可调光栅,其原理是通过外加电场改变液晶分子的取向,进而调控全息光栅的衍射效率。图4-35为美国DigiLens公司展示的基于全息高分子/液晶复合材料的电可调光栅。由图可知:当施加电压时,光栅的衍射效率较低,从布拉格角入射的光直接透过光栅;移除电压后,全息光栅的衍射效率迅速升高,使从布拉格角入射的光发生衍射而偏转。这种电可调光栅在全息波导显示(holographic waveguide display)中具有广阔的应用前景。

  四、电可调激光器

  全息高分子/液晶复合材料可作为分布反馈式激光器的谐振腔。将染料分子加入全息高分子/液晶复合材料中,染料分子在泵浦光(pump light)照射下发光,当发出光的波长满足布拉格条件时,光波经过谐振腔共振放大,形成激光。因为液晶分子具备电光响应能力,所以激光的发射波长、功率和激发阈值可通过外加电场来调节。例如,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所宣丽等报道了一种电可调激光器,当外加电压从0逐步增大至16.7V/μm时,激光的主要发射波长从625.1nm逐渐红移至633.1nm。

  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。