RU2229154C2 - Recording medium to write phase three-dimensional holograms and phase three-dimensional hologram - Google Patents

Recording medium to write phase three-dimensional holograms and phase three-dimensional hologram Download PDF

Info

Publication number
RU2229154C2
RU2229154C2 RU2002102929/04A RU2002102929A RU2229154C2 RU 2229154 C2 RU2229154 C2 RU 2229154C2 RU 2002102929/04 A RU2002102929/04 A RU 2002102929/04A RU 2002102929 A RU2002102929 A RU 2002102929A RU 2229154 C2 RU2229154 C2 RU 2229154C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polymer
holograms
dimensional
polymers
phase
Prior art date
Application number
RU2002102929/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002102929A (en
Inventor
А.В. Вениаминов (RU)
А.В. Вениаминов
А.П. Попов (RU)
А.П. Попов
Original Assignee
Вениаминов Андрей Викторович
Попов Александр Платонович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вениаминов Андрей Викторович, Попов Александр Платонович filed Critical Вениаминов Андрей Викторович
Priority to RU2002102929/04A priority Critical patent/RU2229154C2/en
Publication of RU2002102929A publication Critical patent/RU2002102929A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2229154C2 publication Critical patent/RU2229154C2/en

Links

Abstract

FIELD: three-dimensional holography. SUBSTANCE: invention is related to polymer recording media and can be used to create systems for information storing, processing and transmission, for formation of holographic optical elements. Recording medium to write phase three-dimensional holograms presents composition of clear polymer material that is polycarbonate in which phenanthraquinone is capable of experiencing photographic addition to its polymer chain or copolymer including links of such polymers or mixture of polymers and low-molecular substance containing polymers or copolymers of above-mentioned classes and 9, 10-phenantraquinone replaced with hydrogen or hydrocarbon substituents. Invention also describes phase three-dimensional holograms recorded on above-mentioned medium that presents polymer material containing alternating layers made of polymer with photographic additions to it in various concentrations of phenanthraquinone groups with different refractive indices. EFFECT: generation of high-stability holograms. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl _

Description

Изобретение относится к трехмерной голографии, полимерным регистрирующим средам и может быть использовано для создания систем хранения, обработки и передачи информации, голографических оптических элементов.The invention relates to three-dimensional holography, polymer recording media and can be used to create systems for storing, processing and transmitting information, holographic optical elements.

Известна регистрирующая среда, представляющая собой раствор фенантренхинона в стеклообразном карбоцепном полимере, в качестве которого используется полиметилметакрилат [1. А.П. Попов, А.В. Вениаминов, В.Ф. Гончаров. Патент РФ № 2035764, приоритет 6.09.1991]. При экспонировании среды интерференционным полем (запись голограммы) фенантренхинон фотовосстанавливается и присоединяется к макромолекулам в форме фенантреновых групп [2. О.В. Бандюк, Н.С. Шелехов, А.П. Попов, М.Я. Данилова. Твердофазное восстановление фенантренхинона в полимерной матрице. /Прикл. химия, 1988, т. 61, № 4, с.946-948]. Таким же образом фенантренхинон взаимодействует и с другими полимерами и низкомолекулярными веществами [3. A.V. Veniaminov and H. Sillescu Forced Rayleigh scattering from non-harmonic gratings applied to complex diffusion processes in glass-forming liquids Chem. Phys. Lett. 1999, v.303, № 5-6, p.499-504 (1999)]. При фотохимической реакции возникает относительно слабая дифрагирующая структура (голографическая решетка), практически не вносящая искажений в регистрируемый волновой фронт. Вслед за этим решетка значительно (до двух порядков по дифракционной эффективности) усиливается благодаря естественной диффузии фенантренхинона в полимерном стекле [1, 4. А.В. Вениаминов, В.Ф. Гончаров, А.П. Попов. Усиление голограмм за счет диффузионной деструкции противофазных периодических структур. /Опт. Спектр. 1991, т.70, вып.4, с.864-868], и дифракционная эффективность достигает необходимых значений, в максимуме вплотную приближающихся к 100% как для пропускающих, так и для отражательных голограмм. Полученная таким образом голограмма физически основывается на пространственной модуляции концентрации продукта фотореакции - присоединенных к макромолекулам фенантреновых групп. Замороженность крупномасштабных движений макромолекул в стеклообразном состоянии обеспечивает высокую стабильность голографических решеток. В отличие от фотополимеризующихся композиций рассматриваемая среда не содержит значительных количеств мономеров и ей не свойственны сколько-нибудь заметные усадки. С использованием такой среды были созданы и успешно испытаны голографические спектральные фильтры (селекторы), демультиплексоры [5. A.P. Popov, I. Novikov, K. Lapushka, I. Zyuzin, Yu. Ponosov, Yu. Ashcheulov, A. Veniaminov. Spectrally selective holographic optical elements based on thick polymer medium with diffusional amplification - J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2000, v.2, № 5, p.494-499; 6. J.E. Ludman, J.R. Riccobono, N.O. Reinhand et al. Very thick holographic nonspatial filtering of laser beams Opt. Eng. 1997, v.36, № 6, p.1700-1705; 7. N. Reinhand, Y. Korzinin, I. Semenova. Very selective volume holograms: Manufacturing and applications J Imaging Sci. Techn. 1997, v.41, № 3, p.241-248]; среда рассматривается как перспективная для создания систем оптической памяти [8. G.J. Steckman, I. Solomatine, G. Zhou et al. Characterization of phenanthrenequinone-doped poly(methyl methacrylate) for holographic memory Opt. Lett. 1998, v.23, № 16, p.1310-1312].Known recording medium, which is a solution of phenanthrenquinone in a glassy carbocarbon polymer, which is used polymethylmethacrylate [1. A.P. Popov, A.V. Veniaminov, V.F. Goncharov. RF patent No. 2035764, priority 6.09.1991]. When the medium is exposed to an interference field (recording a hologram), phenanthrenone quinone is restored and attached to macromolecules in the form of phenanthrene groups [2. O.V. Bandyuk, N.S. Shelekhov, A.P. Popov, M.Ya. Danilova. Solid-phase reduction of phenanthrenquinone in a polymer matrix. / Adj Chemistry, 1988, vol. 61, No. 4, pp. 946-948]. In the same way, phenanthrenquinone interacts with other polymers and low molecular weight substances [3. A.V. Veniaminov and H. Sillescu Forced Rayleigh scattering from non-harmonic gratings applied to complex diffusion processes in glass-forming liquids Chem. Phys. Lett. 1999, v. 303, No. 5-6, p. 499-504 (1999)]. In the photochemical reaction, a relatively weak diffracting structure (holographic lattice) arises, which practically does not introduce distortions into the recorded wavefront. Following this, the lattice is significantly (up to two orders of magnitude in diffraction efficiency) enhanced due to the natural diffusion of phenanthrenquinone in polymer glass [1, 4. A.V. Veniaminov, V.F. Goncharov, A.P. Popov. Amplification of holograms due to diffusion destruction of antiphase periodic structures. / Wholesale. Spectrum. 1991, vol. 70, issue 4, pp. 864-868], and the diffraction efficiency reaches the required values, approaching 100% close to 100% for both transmission and reflection holograms. The hologram thus obtained is physically based on the spatial modulation of the concentration of the photoreaction product — phenanthrene groups attached to the macromolecules. Frozen large-scale motions of macromolecules in a glassy state provides high stability of holographic gratings. Unlike photopolymerizable compositions, the medium under consideration does not contain significant amounts of monomers and it does not exhibit any noticeable shrinkage. Using this medium, holographic spectral filters (selectors) and demultiplexers were created and successfully tested [5. A.P. Popov, I. Novikov, K. Lapushka, I. Zyuzin, Yu. Ponosov, Yu. Ashcheulov, A. Veniaminov. Spectrally selective holographic optical elements based on thick polymer medium with diffusional amplification - J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2000, v. 2, No. 5, p. 494-499; 6. J.E. Ludman, J.R. Riccobono, N.O. Reinhand et al. Very thick holographic nonspatial filtering of laser beams Opt. Eng. 1997, v. 36, No. 6, p. 1700-1705; 7. N. Reinhand, Y. Korzinin, I. Semenova. Very selective volume holograms: Manufacturing and applications J Imaging Sci. Techn. 1997, v.41, No. 3, p.241-248]; the medium is considered as promising for the creation of optical memory systems [8. G.J. Steckman, I. Solomatine, G. Zhou et al. Characterization of phenanthrenequinone-doped poly (methyl methacrylate) for holographic memory Opt. Lett. 1998, v.23, No. 16, p.1310-1312].

Однако этой среде присущи следующие недостатки:However, this environment has the following disadvantages:

1. Диффузия макромолекул ПММА, ответственная за стабильность дифракционной эффективности голограмм, медленна, но все же была обнаружена в долговременных экспериментах [9. А.В. Вениаминов, Ю.Н. Седунов, А.П. Попов, О.В. Бандюк. Постэкспозиционное поведение голограмм под воздействием диффузии макромолекул. /Опт. Спектр. 1996, т.81, № 4, с.676-680], и реальные коэффициенты диффузии оказываются выше, чем можно было ожидать исходя из экстраполяции значений, полученных из измерений выше температуры стеклования [10. A.V. Veniaminov, H. Sillescu: Polymer and Dye Probe Diffusion in Poly(methyl methacrylate) below the Glass Transition Studies by Forced Rayleigh Scattering. Macromolecules, 1999, v.32, p.1828-1837]. Соответственно, ожидаемый срок службы голографических оптических элементов составит годы вместо десятилетий по ранее сделанным оценкам. Кроме того, при отсутствии резерва по стабильности сужаются возможности для модификации материала введением различного рода добавок (например, с целью улучшения механических и оптических свойств), могущих оказывать пластифицирующее воздействие и таким образом ускорять диффузию, а следовательно, и деградацию голографических решеток; ужесточаются требования к концентрации остаточного мономера или растворителя, способного пластифицировать материал, а также непосредственно участвовать в реакции фотоприсоединения фенантренхинона либо инициировать фотополимеризацию.1. Diffusion of PMMA macromolecules, responsible for the stability of the diffraction efficiency of holograms, is slow, but was nevertheless found in long-term experiments [9. A.V. Veniaminov, Yu.N. Sedunov, A.P. Popov, O.V. Bandyuk. Post-exposure behavior of holograms under the influence of diffusion of macromolecules. / Wholesale. Spectrum. 1996, vol. 81, No. 4, p.676-680], and the actual diffusion coefficients are higher than could be expected from the extrapolation of the values obtained from measurements above the glass transition temperature [10. A.V. Veniaminov, H. Sillescu: Polymer and Dye Probe Diffusion in Poly (methyl methacrylate) below the Glass Transition Studies by Forced Rayleigh Scattering. Macromolecules, 1999, v. 32, p. 1828-1837]. Accordingly, the expected service life of holographic optical elements will be years instead of decades according to previously made estimates. In addition, in the absence of a reserve for stability, the possibilities for modifying the material are narrowed by the introduction of various kinds of additives (for example, to improve the mechanical and optical properties), which can have a plasticizing effect and thus accelerate diffusion, and therefore degradation of holographic gratings; the requirements for the concentration of residual monomer or solvent capable of plasticizing the material, as well as directly participating in the photoaddition reaction of phenanthrenquinone or initiating photopolymerization, are being tightened.

2. Во избежание деформаций материала и соответствующего искажения записанных в нем голограмм, а также ускоренного их старения по диффузионному механизму максимальная температура эксплуатации и хранения среды должна быть значительно (на десятки градусов) ниже температуры стеклования полимера, которая составляет для ПММА (атактического) 95-105° С; это влечет ограничения на область применения.2. In order to avoid deformation of the material and the corresponding distortion of the holograms recorded in it, as well as accelerated aging by the diffusion mechanism, the maximum temperature of operation and storage of the medium should be significantly (tens of degrees) lower than the glass transition temperature of the polymer, which for PMMA (atactic) 95- 105 ° C; this entails restrictions on the scope.

3. Полиметилметакрилат подвержен термическому разложению (деполимеризации) при температурах (от 150° С [11. Ю.И. Матвеев, А.А. Аскадский. Высокомолек. соед., 1993, т.35, с.50]) более низких, чем температура вязкого течения (180-190° С [12. А.В. Вениаминов, Ю.Н. Седунов. Диффузия молекул фенантренхинона в полиметилметакрилате (голографические измерения). /Высокомол. Соед. Сер. А, 1996, т.38, № 1, с.71-76]), что снижает технологичность изготовления материала и, следовательно, голографических оптических элементов и оптической памяти на его основе методом формования из расплава.3. Polymethyl methacrylate is susceptible to thermal decomposition (depolymerization) at temperatures lower than 150 ° C [11. Yu.I. Matveev, A. A. Askadsky. High Molecule. Comp., 1993, v. 35, p. 50]) lower, than the temperature of a viscous flow (180-190 ° C [12. A. V. Veniaminov, Yu. N. Sedunov. Diffusion of phenanthrenquinone molecules in polymethyl methacrylate (holographic measurements). / Vysokomol. Soed. Ser. A, 1996, v. 38, No. 1, pp. 71-76]), which reduces the manufacturability of the fabrication of the material and, therefore, holographic optical elements and optical memory based on it by molding from lava.

4. Вода способна проникать в ПММА и родственные ему полимеры и растворяться в них в макроскопических количествах (1,5-2%), изменяя при этом оптические и физико-химические свойства полимера. Возникающая при изменении влажности окружающей среды оптическая неоднородность материала по толщине приводит к расфазировке и искажению восстанавливаемого волнового фронта голографического элемента, изменению дифракционной эффективности (см. чертеж).4. Water is able to penetrate into PMMA and its related polymers and dissolve in them in macroscopic amounts (1.5-2%), changing the optical and physicochemical properties of the polymer. The optical heterogeneity of the material that occurs when the humidity of the environment changes, leads to out-of-phase and distortion of the reconstructed wave front of the holographic element, and to a change in diffraction efficiency (see drawing).

Целью данного изобретения является повышение долговечности и стабильности параметров объемных голограмм, записанных на регистрирующей среде, а также самой этой среды. Среда для записи объемных фазовых голограмм на основе фенантренхинона в полиметилметакрилате, использующая принцип диффузионного усиления, рассматривается в качестве естественного прототипа.The aim of this invention is to increase the durability and stability of the parameters of volume holograms recorded on a recording medium, as well as this medium itself. The medium for recording volumetric phase holograms based on phenanthrenquinone in polymethylmethacrylate using the principle of diffusion amplification is considered as a natural prototype.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве полимерного материала, в котором растворен фотохимически активный агент - фенантренхинон с общей формулой:This goal is achieved by the fact that as a polymer material in which a photochemically active agent is dissolved - phenanthrenquinone with the general formula:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где R1-R8 водород или углеводородные заместители, используется поликарбонат, такой, что фенантренхинон способен испытывать фотоприсоединение к его полимерной цепи, или сополимер, включающий звенья таких полимеров, или смесь полимеров и низкомолекулярных веществ, включающая полимеры или сополимеры указанных классов.where R 1 -R 8 is hydrogen or hydrocarbon substituents, a polycarbonate is used, such that phenanthrenquinone is capable of experiencing photoaddition to its polymer chain, or a copolymer comprising units of such polymers, or a mixture of polymers and low molecular weight substances, including polymers or copolymers of these classes.

Голограмма, записанная в такой среде за счет фотохимического присоединения молекул фенантренхинона к макромолекулам и усиленная благодаря диффузии оставшегося неприсоединенным фенантренхинона, физически состоит из полимерного материала, включающего слои с различными показателями преломления, образованные полимером с фенантреновыми группами, фотохимически присоединенными к нему в различных концентрациях, которые соответствуют распределению интенсивности света в записываемой интерференционной картине. Не вызывает сомнения, что технический эффект будет достигнут при любых реальных концентрациях ФХ. Увеличение концентрации ФХ позволяет увеличить динамический диапазон среды, то есть записывать больше голограмм или более эффективные голограммы (что не относится к техническому эффекту предлагаемого изобретения), однако совместимость ФХ с полимером (растворимость) не безгранична и очень высокие концентрации (например, 50%) не реализуемы на практике. При высоких концентрациях ФХ возможно неполное растворение его в полимере, термодинамическая нестабильность, выпадение кристаллов. Кроме того, при чрезмерном содержании ФХ падает эффективность фотохимической реакции. Благодаря перечисленным ниже преимуществам поликарбоната (ПК) перед полиметилметакрилатом (ПММА) голограммы, записанные в среде на основе ПК, более стабильны, чем подобные им голограммы, записанные в среде на основе ПММА, как показывает приведенный далее пример.A hologram recorded in such a medium due to the photochemical addition of phenanthrenquinone molecules to macromolecules and enhanced by diffusion of the remaining unattached phenanthrenquinone physically consists of a polymer material including layers with different refractive indices formed by a polymer with phenanthrene groups photochemically attached to it in different concentrations, which correspond to the distribution of light intensity in the recorded interference pattern. There is no doubt that the technical effect will be achieved at any real concentrations of PF. An increase in the concentration of PF allows you to increase the dynamic range of the medium, that is, record more holograms or more effective holograms (which does not apply to the technical effect of the present invention), however, the compatibility of PF with the polymer (solubility) is not unlimited and very high concentrations (for example, 50%) are not realizable in practice. At high concentrations of PF, incomplete dissolution of it in the polymer, thermodynamic instability, and precipitation of crystals are possible. In addition, with an excessive content of PF, the efficiency of the photochemical reaction decreases. Due to the following advantages of polycarbonate (PC) over polymethyl methacrylate (PMMA), holograms recorded in a PC-based medium are more stable than similar holograms recorded in a PMMA-based medium, as the following example shows.

1. Температура стеклования ПК составляет 140-150° С и более, в зависимости от конкретной формулы, против 95-105° С для ПММА; благодаря этому материал на основе ПК не деформируется при более высоких температурах, а диффузия макромолекул в нем, ответственная за долговременную стабильность голографической решетки, медленнее, чем в случае ПММА.1. The glass transition temperature of the PC is 140-150 ° C or more, depending on the specific formula, against 95-105 ° C for PMMA; Owing to this, the PC-based material does not deform at higher temperatures, and the diffusion of macromolecules in it, which is responsible for the long-term stability of the holographic lattice, is slower than in the case of PMMA.

2. Термическое разложение (деполимеризация) ПК наступает при температурах выше 300° С [13. С. Puglisi, L. Sturiale and G. Montaudo. Thermal Decomposition Processes in Aromatic Polycarbonates Investigated by Mass Spectrometry Macromolecules, 1999, v.32, p.2194-2203] (температура начала размягчения 200° С), тогда как ПММА - уже при 150° С [11] (размягчение при 180° С). Кроме лучшей стабильности ПК, это позволяет массово производить оптические детали из ПК методом экструзии, в то время как ПММА приходится полимеризовать в массе, что на порядки менее производительно.2. Thermal decomposition (depolymerization) of PC occurs at temperatures above 300 ° C [13. C. Puglisi, L. Sturiale and G. Montaudo. Thermal Decomposition Processes in Aromatic Polycarbonates Investigated by Mass Spectrometry Macromolecules, 1999, v. 32, p. 2194-2203] (softening start temperature 200 ° C), while PMMA already at 150 ° C [11] (softening at 180 ° FROM). In addition to better PC stability, this allows mass production of optical parts from PC by extrusion, while PMMA has to be polymerized in bulk, which is orders of magnitude less efficient.

3. ПК значительно меньше впитывает влагу, чем ПММА (0,2-0,3% [14. Энциклопедия полимеров под ред. В.А. Кабанова и др. М.: Советская энциклопедия, 1974] против 1,5-2%), благодаря чему изготовленные на его основе голограммы более устойчивы к изменению влажности окружающей среды.3. PC significantly absorbs moisture than PMMA (0.2-0.3% [14. Encyclopedia of polymers edited by V. A. Kabanov et al. M: Soviet Encyclopedia, 1974] versus 1.5-2% ), due to which the holograms made on its basis are more resistant to changes in environmental humidity.

Поликарбонат обладает хорошими оптическими и механическими свойствами, позволяющими использовать его для производства полимерных оптических элементов. В последние годы из поликарбоната изготавливается огромное количество компакт-дисков, прецизионных оптических, электротехнических и других деталей, что в значительной степени способствовало оптимизации свойств материала и доведению до совершенства технологии его массового производства.Polycarbonate has good optical and mechanical properties, allowing it to be used for the production of polymer optical elements. In recent years, a huge number of compact discs, precision optical, electrical and other parts have been made from polycarbonate, which greatly contributed to optimizing the properties of the material and perfecting the technology of its mass production.

Пример 1.Example 1

Данный пример иллюстрирует более высокую стабильность голографических решеток, записанных в материале на основе поликарбоната, по сравнению с аналогичным материалом на основе ПММА. Образцы среды изготовлены из литьевого поликарбоната (полибисфенол-А-карбонат), служащего основой для компакт-дисков. Этот материал и фенантренхинон раздельно растворены в дихлорметане, растворы соединены в пропорции, обеспечивающей требуемое соотношение фенантренхинона к полимеру, которое составляло в различных опытах от 0,2, 0,5, 3 и 10% по массе, и далее высушены в виде пленки. Для придания требуемого оптического качества пленка запрессована между двумя полированными стеклами при 220° С. Для сравнения аналогичным образом изготовлены образцы среды на основе полиметилметакрилата, однако в этом случае температура прессования составила 140° С. На полученных образцах произведена запись дифракционных решеток двумя плоскими пучками непрерывного неодимового лазера в отражательной схеме (записывающие пучки падают на среду с разных сторон). Далее один из записывающих пучков перекрывался и отслеживалась динамика интенсивности дифракции другого пучка, ослабленного в 10000 раз во избежание фотохимического стирания записанной решетки во время измерений. Полученные временные зависимости интенсивности дифракции света анализировались подобно тому, как это было сделано в статье [9], следуя модели диффузионного усиления и формулам Когельника для объемных фазовых голограмм:

Figure 00000003
, отсюда вычислялись характерные времена роста дифрагированного сигнала τ1 (диффузионное усиление голографических решеток) и его ослабления τ2 (диффузионная деградация) и, далее, соответствующие им коэффициенты диффузии ФХ (D12/(4π2τ1)) и макромолекул (D22/(4π2τ2)). Замедление деградации голограммы (то есть уменьшение соответствующего ей коэффициента диффузии макромолекул D2) по сравнению с материалом-прототипом и составит положительный эффект.This example illustrates the higher stability of holographic gratings recorded in a polycarbonate-based material compared to a similar material based on PMMA. Samples of the medium are made of injection polycarbonate (polybisphenol-A-carbonate), which serves as the basis for CDs. This material and phenanthrenquinone are separately dissolved in dichloromethane, the solutions are combined in a proportion that provides the desired ratio of phenanthrenquinone to polymer, which in various experiments was 0.2, 0.5, 3, and 10% by weight, and then dried in the form of a film. To impart the required optical quality, the film is pressed between two polished glasses at 220 ° C. For comparison, samples of a medium based on polymethyl methacrylate were similarly prepared, however, in this case, the pressing temperature was 140 ° C. The diffraction gratings were recorded on two samples with two flat beams of continuous neodymium laser in a reflective scheme (recording beams incident on the medium from different sides). Next, one of the recording beams was blocked and the dynamics of the diffraction intensity of the other beam weakened by 10,000 times was monitored to avoid photochemical erasure of the recorded grating during measurements. The obtained time dependences of the light diffraction intensity were analyzed similarly to what was done in [9], following the diffusion amplification model and Kogelnik formulas for volume phase holograms:
Figure 00000003
, from this we calculated the characteristic times of growth of the diffracted signal τ 1 (diffusion amplification of holographic gratings) and its attenuation τ 2 (diffusion degradation) and, further, the corresponding diffusion coefficients of the PC (D 1 = Λ 2 / (4π 2 τ 1 )) and macromolecules (D 2 = Λ 2 / (4π 2 τ 2 )). Slowing down the degradation of the hologram (i.e., reducing the corresponding diffusion coefficient of macromolecules D 2 ) in comparison with the prototype material will be a positive effect.

В таблице показаны вычисленные коэффициенты диффузии D1, D2, соответствующие росту (проявлению) и деградации решетки, время проявления (τ 1) и оценочное время деградации решетки - условный срок службы (τ 2) для отражательных и пропускающих дифракционных решеток с пространственным периодом соответственно 0,18 и 1 мкм, в средах на основе фенантренхинона, использующих поликарбонат (новая среда) и полиметилметакрилат (прототип): ПК/ПММА.The table shows the calculated diffusion coefficients D 1, D 2 corresponding to the growth (development) and degradation of the grating, the development time (τ 1 ) and the estimated time of degradation of the grating - the conditional life (τ 2 ) for reflective and transmission diffraction gratings with a spatial period, respectively 0.18 and 1 μm, in phenanthrenequinone-based media using polycarbonate (new medium) and polymethylmethacrylate (prototype): PC / PMMA.

Figure 00000004
Figure 00000004

В среде с диффузионным усилением диффузия определяет как рост (диффузия непрореагировавшего фенантренхинона), так и деструкцию голограмм (диффузия макромолекул). ПК демонстрирует по меньшей мере на порядок замедленную диффузию макромолекул, что соответствует увеличению времени жизни голограммы также на порядок.In a medium with diffusion amplification, diffusion determines both growth (diffusion of unreacted phenanthrenquinone) and hologram destruction (diffusion of macromolecules). The PC shows at least an order of magnitude slowed down diffusion of macromolecules, which corresponds to an increase in the hologram lifetime by an order of magnitude as well.

Для эксперимента использован низкомолекулярный, литьевой, ПК (средняя молекулярная масса 18000); очевидно, что при использовании более высокомолекулярного полимера эффект может быть еще сильнее выражен. При замене ПММА поликарбонатом эффективная диффузия фенантренхинона, ответственная за постэкспозиционное усиление (проявление) голограмм, в ПК не замедляется, и благодаря этому процесс усиления в ПК не занимает больше времени, чем в среде-прототипе.For the experiment used low molecular weight, injection, PC (average molecular weight of 18,000); it is obvious that when using a higher molecular weight polymer, the effect can be even more pronounced. When PMMA is replaced by polycarbonate, the effective diffusion of phenanthrenquinone, which is responsible for post-exposure amplification (manifestation) of holograms in a PC does not slow down, and due to this, the amplification process in a PC does not take longer than in a prototype environment.

В таблице приведены средние значения по всему диапазону концентраций ФХ. Разброс значений составляет от 20 до 50% от приведенных величин. В пределах рассмотренного диапазона концентраций не выявлено систематической концентрационной зависимости скоростей усиления или деградации голографических решеток (или коэффициентов диффузии).The table shows the average values over the entire range of concentrations of PF. The spread of values is from 20 to 50% of the given values. Within the considered concentration range, no systematic concentration dependence of the amplification or degradation rates of holographic gratings (or diffusion coefficients) was revealed.

Пример 2.Example 2

Данный пример демонстрирует более высокую стабильность поликарбоната в сравнении с полиметилметакрилатом. Образцы ПК и ПММА, содержащие по 0,5% ФХ по массе каждый, были изготовлены подобно тому, как это описано в примере 1. Далее, на образцах обоих материалов записаны отражательные голографические решетки и наблюдалось изменение интенсивности дифракции света на таких решетках при 100° С. Такие же образцы обоих материалов выдержаны при 200° С в течение двух часов, после чего на них также записаны голографические решетки, изменение интенсивности дифракции света на которых затем наблюдалось при 100° С. Не было обнаружено влияния выдерживания при 200° С материала на основе ПК, в то время как изменение дифракционной эффективности решеток в среде на основе ПММА ускорилось в результате такой же обработки примерно в 40 раз по сравнению с контрольным образцом, что свидетельствует о значительной пластификации материала низкомолекулярными продуктами термической деструкции ПММА.This example demonstrates a higher stability of polycarbonate compared to polymethyl methacrylate. PC and PMMA samples containing 0.5% PF by weight each were prepared similarly to that described in Example 1. Further, reflective holographic gratings were recorded on the samples of both materials and a change in the light diffraction intensity on such gratings was observed at 100 ° C. The same samples of both materials were kept at 200 ° С for two hours, after which holographic gratings were also recorded on them, the change in the light diffraction intensity on which was then observed at 100 ° С. No effect of aging at 200 ° С was detected. material based on PC, while the change in the diffraction efficiency of gratings in a PMMA-based medium was accelerated as a result of the same treatment by about 40 times as compared with a control sample, which indicates a significant plasticization of the material by low molecular weight products of thermal degradation of PMMA.

Claims (2)

1. Регистрирующая среда для записи фазовых трехмерных голограмм, представляющая собою композицию из прозрачного полимерного материала и замещенного 9,10-фенантренхинона общей формулы1. A recording medium for recording phase three-dimensional holograms, which is a composition of a transparent polymer material and substituted 9,10-phenanthrenquinone of the general formula
Figure 00000005
Figure 00000005
где R1-R8-водород или углеводородные заместители,where R 1 -R 8 is hydrogen or hydrocarbon substituents, отличающаяся тем, что полимерный материал представляет собой поликарбонат, такой, что фенантренхинон способен испытывать фотоприсоединение к его полимерной цепи, или сополимер, включающий звенья таких полимеров, или смесь полимеров и низкомолекулярных веществ, включающая полимеры или сополимеры указанных классов.characterized in that the polymer material is polycarbonate, such that phenanthrenquinone is capable of experiencing photoaddition to its polymer chain, or a copolymer comprising units of such polymers, or a mixture of polymers and low molecular weight substances, including polymers or copolymers of these classes.
2. Фазовая трехмерная голограмма, записанная на среде по п.1, представляющая собой полимерный материал, включающий чередующиеся слои с различными показателями преломления, отличающаяся тем, что чередующиеся слои выполнены из полимера с фотоприсоединенными к нему в различных концентрациях фенантреновыми группами.2. A phase three-dimensional hologram recorded on a medium according to claim 1, which is a polymeric material comprising alternating layers with different refractive indices, characterized in that the alternating layers are made of polymer with phenanthrene groups photoconnected to it in various concentrations.
RU2002102929/04A 2002-01-29 2002-01-29 Recording medium to write phase three-dimensional holograms and phase three-dimensional hologram RU2229154C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002102929/04A RU2229154C2 (en) 2002-01-29 2002-01-29 Recording medium to write phase three-dimensional holograms and phase three-dimensional hologram

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002102929/04A RU2229154C2 (en) 2002-01-29 2002-01-29 Recording medium to write phase three-dimensional holograms and phase three-dimensional hologram

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002102929A RU2002102929A (en) 2003-09-10
RU2229154C2 true RU2229154C2 (en) 2004-05-20

Family

ID=32678355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002102929/04A RU2229154C2 (en) 2002-01-29 2002-01-29 Recording medium to write phase three-dimensional holograms and phase three-dimensional hologram

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2229154C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cheben et al. A photopolymerizable glass with diffraction efficiency near 100% for holographic storage
KR100920261B1 (en) Blue-sensitized holographic media
JP5130230B2 (en) Volume phase hologram recording material and optical information recording medium
KR100343202B1 (en) Optical article and process for forming article
KR20090125290A (en) Advantageous recording media for holographic applications
JP2004537620A (en) Manufacturing method and composition for rapid mass production of holographic recording products
KR19980018701A (en) Optical recording media
JP2008511702A (en) Formation of surface relief and formation of optically anisotropic structure by irradiating thin film forming material and thin film formed of this material
JP3978729B2 (en) Hologram recording material composition and hologram recording medium
WO2003102959A1 (en) Holographic data storage media comprising an aluminum salt compound and an asymetric acrylate compound
KR100785990B1 (en) Block copolymers for optical data storage
CA2408244A1 (en) Phase contrast variation of a photo-induced refractive material
EP2077471B1 (en) Volume hologram optical recording medium, composition for volume hologram recording layer formation, and volume hologram recording material
Lin et al. Preparation and characterization of Irgacure 784 doped photopolymers for holographic data storage at 532 nm
KR100774779B1 (en) Copolymers for optical data storage
Liu et al. Enhancement of holographic performance and stability of photopolymer materials by introducing epoxy resin and dyes
Blaya et al. Pyrromethene-HEMA-based photopolymerizable holographic recording material
KR20020002401A (en) Holographic Recording Material
RU2229154C2 (en) Recording medium to write phase three-dimensional holograms and phase three-dimensional hologram
Lohse et al. Acridizinium-substituted dendrimers as a new potential rewritable optical data storage material for blu-ray
Murase et al. Large photoinduced refractive index changes of transparent polymer films containing photoeliminable diazo and azido groups
Oh et al. Holographic recording on photopolymers containing pyrene for enhanced fluorescence intensity
Kim et al. Preparation and Holographic Recording of Diarylethene‐Doped Photochromie Films
Jeong et al. Reaction-controlled diffraction grating of photopolymer for use of phase stable holographic optical element
Semenova et al. Rigid polymer materials with hologram enhancement by molecular diffusion

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110130