基于半導(dǎo)體與高分子光導(dǎo)復(fù)合取向?qū)拥膶?shí)時(shí)向列液晶盒的制備和全息存儲(chǔ)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及向列液晶盒及其全息存儲(chǔ)方法，屬于有機(jī)非線性光學(xué)材料與結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)全息存儲(chǔ)、立體顯示以及其他電光應(yīng)用等技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于向列液晶分子在極低電場(chǎng)的作用下可以重新取向，因之產(chǎn)生折射率空間變化，亦即形成了很強(qiáng)的折射率光柵，因而被視為全息紀(jì)錄的理想介質(zhì)。自1994年以來(lái)利用液晶材料來(lái)記錄可記可擦全息圖的研究工作一度成為研究熱點(diǎn)。但液晶材料中的相對(duì)較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間(?秒或更長(zhǎng))限制其在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用。人們利用光導(dǎo)基片，光導(dǎo)中介層與光導(dǎo)納米棒來(lái)改良液晶盒響應(yīng)，得到了極毫秒到幾十毫秒的響應(yīng)時(shí)間，但衍射效率低，兼顧響應(yīng)時(shí)間與衍射效率對(duì)于實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的液晶盒響應(yīng)速度慢或衍射效率低的技術(shù)問題，而提供基于半導(dǎo)體與高分子光導(dǎo)復(fù)合取向?qū)拥南蛄幸壕Ш械闹苽浜腿⒋鎯?chǔ)方法。
[0004]本發(fā)明的基于半導(dǎo)體與高分子光導(dǎo)復(fù)合取向?qū)拥南蛄幸壕Ш械闹苽浞椒ǎ匆韵虏襟E進(jìn)行:
[0005]一、將摻雜物加入到聚乙稀卩卡卩坐(Poly (N-vinylcarbazole)，PVK)中，混合均勻，得到混合粉末，摻雜物占混合粉末重量百分比的1.0?2.0wt % ;再將混合粉末加入到溶劑中加熱攪拌，得到有機(jī)溶液；其中摻雜物為足球烯C6。或C 7?；蛉趸掏?2, 4, 7-tr1-nitrofluorenone)(TNF)；
[0006]二、將ITO(氧化錫銦，indium-tin-oxide)玻璃基底ITO膜一側(cè)的中部區(qū)域用混合酸液腐蝕成預(yù)期的形狀，依次放在丙酮和去離子水中超聲清洗，烘干；
[0007]三、采用半導(dǎo)體靶材，通過電子束蒸鍍，在經(jīng)步驟二處理的ITO玻璃基底上沉積厚度為200nm?500nm半導(dǎo)體薄膜；然后再涂覆步驟一制備的有機(jī)溶液，在室溫下無(wú)塵環(huán)境中陰干后，再放入烘箱中烘干形成厚度為20?60nm有機(jī)薄膜，得到帶有復(fù)合光電導(dǎo)取向?qū)拥幕?
[0008]四、取兩片復(fù)合光電導(dǎo)取向?qū)踊箯?fù)合光電導(dǎo)取向?qū)酉鄬?duì)，在復(fù)合光電導(dǎo)取向?qū)油鈬鷥蓚?cè)放兩片厚度為I?80微米的墊片，然后用環(huán)氧樹脂將兩個(gè)基片的側(cè)面與墊片粘接固定，得到對(duì)稱空盒；
[0009]五、將步驟四得到的對(duì)稱空盒放在裝有向列液晶的容器中，然后將容器置入溫度為50?70°C的真空烘箱中，抽真空至1.0mbar?0.5mbar保持2?4小時(shí)，利用虹吸作用對(duì)稱空盒的兩墊片中間空隙填充液晶，然后再調(diào)至常壓，并降至室溫，得到向列液晶盒。
[0010]上述的基于半導(dǎo)體與高分子光導(dǎo)復(fù)合取向?qū)拥南蛄幸壕Ш械娜⒋鎯?chǔ)方法，按下面的步驟進(jìn)行:
[0011]將基于半導(dǎo)體與高分子光導(dǎo)復(fù)合取向?qū)拥南蛄幸壕Ш信c直流電源相連，先給向列液晶盒施加2?4微秒的200?500伏的高壓、然后再施加I?2毫秒的3?6伏的低壓，在高壓關(guān)閉的同時(shí)開啟兩束相干記錄光，使液晶盒中液晶分子平均方向矢量的表面法線與兩束相干記錄光之間的角平分線的夾角不為零，進(jìn)行全息存儲(chǔ)。
[0012]本發(fā)明液晶盒中液晶分子平均方向矢量的表面法線與兩束相干記錄光之間的角平分線的夾角不為零，其目的是使得外加直流電壓能夠在兩束相干記錄光所形成的干涉條紋的波矢方向產(chǎn)生分壓，從而能夠在復(fù)合光電導(dǎo)取向?qū)?ZnSe+PVK)中產(chǎn)生與光強(qiáng)分布相對(duì)應(yīng)的空間電荷場(chǎng)，并有效提高載流子的漂移速率，提高全息光柵形成速率；兩相干記錄光形成的干涉條紋在復(fù)合光電導(dǎo)取向?qū)?ZnSe+PVK)中所引起的空間電荷場(chǎng)會(huì)調(diào)制向列液晶薄膜，驅(qū)動(dòng)液晶分子重新取向而建立的表面效應(yīng)為主的全息光柵。納米厚度的摻雜PVK層的加入回避了高密度載流子積累層與液晶層緊密接觸帶來(lái)的強(qiáng)散射與超高衍射級(jí)所引起的能量損失，且保留了 ZnSe蒸鍍層的納米尺度的起伏的形貌。無(wú)需額外表面處理即可制備高質(zhì)量的垂直于基板(homeotropical)的液晶盒。采用先高壓后低壓的分步加壓法來(lái)提供快速表面電荷積累，并配合使兩束相干記錄光的在高壓關(guān)閉后立即開啟，這對(duì)快速全息紀(jì)錄與擦除都是至關(guān)重要的。
[0013]本發(fā)明采用砸化鋅或者硫化鋅薄膜在旋涂聚乙烯咔唑作為復(fù)合光電導(dǎo)取向?qū)觼?lái)制備垂直于基板(homeotropical)向列液晶盒，進(jìn)而利用分步加壓法來(lái)提高全息光柵的紀(jì)錄速率。復(fù)合取向?qū)邮贡砻骐姾煞e累界面與液晶層適當(dāng)隔開，能顯著減低表面電荷層對(duì)外加直流電壓的屏蔽作用，同時(shí)又能兼顧空間電荷場(chǎng)對(duì)液晶分子的調(diào)制。ZnSe薄層優(yōu)良的載流子輸運(yùn)率是快速響應(yīng)的主要原因，摻雜聚乙烯咔唑?qū)拥囊爰缺ＷC了對(duì)液晶分子的較好的調(diào)制，又壓抑了基于表面等離子體激發(fā)所帶來(lái)的特高階衍射與散射引發(fā)的光功率耗盡。故而保證了快速響應(yīng)與較高的一階衍射效率，本發(fā)明的基于復(fù)合光電導(dǎo)取向?qū)?ZnSe+PVK)向列液晶盒以1.3?5毫秒的響應(yīng)時(shí)間記錄全息圖，該全息圖的一階衍射效率可以達(dá)到10-30%。在利用上述復(fù)合基片制備的3.5微米厚的液晶盒中當(dāng)外加電壓為10V時(shí)二波耦合指數(shù)增益系數(shù)高達(dá)4607cm-l，是迄今為止在同類樣品中獲得的最高數(shù)值。這種記錄全息圖的新方法可望用于開發(fā)視頻響應(yīng)的全息立體電視，或其他全息顯示相關(guān)的應(yīng)用(例如，全息干涉計(jì)量，空間光調(diào)制以及其他電光應(yīng)用)，在光學(xué)信息處理與傳輸?shù)阮I(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)施例1中化鋅薄膜旋涂有機(jī)薄膜的原子力顯微照片；
[0015]圖2是實(shí)施例1制備的向列液晶盒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，I為復(fù)合光電導(dǎo)取向?qū)踊?-1為玻璃層、1-2為ITO層；2為半導(dǎo)體層；3為有機(jī)薄膜層，4為墊片，5為向列液晶層；
[0016]圖3是實(shí)施例1向列液晶盒的截面示意圖，圖中I為復(fù)合光電導(dǎo)取向?qū)踊?為墊片，5為向列液晶層；
[0017]圖4是實(shí)施例1制備的向列液晶盒的二波耦合光路示意圖。6為向列液晶盒，7為硅探測(cè)器1，8為硅探測(cè)器11，9為分束鏡(使入射其上的光部分反射，部分透射)，10為硅探測(cè)器III ;
圖5是實(shí)施例1制備的向列液晶盒的響應(yīng)時(shí)間隨著外加電壓變化圖； 圖6是實(shí)施例1制備的向列液晶盒在外加電壓U為4.0V時(shí)反復(fù)記錄與擦除動(dòng)態(tài)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的基于半導(dǎo)體與高分子光導(dǎo)復(fù)合取向?qū)拥南蛄幸壕Ш械闹苽浞椒?，按以下步驟進(jìn)行:
[0019]一、將摻雜物加入到聚乙稀卩卡卩坐(Poly(N-vinylcarbazole)，PVK)中，混合均勾，得到混合粉末，摻雜物占混合粉末重量百分比的1.0?2.0wt% ;再將混合粉末加入到溶劑中加熱攪拌，得到有機(jī)溶液；其中摻雜物為足球稀C6?；駽7?；?，4，7-tr1-nitrofIuorenone(TNF)；
[0020]二、將ITO(氧化錫銦，indium-tin-oxide)玻璃基底ITO膜一側(cè)的中部區(qū)域用混合酸液腐蝕成預(yù)期的形狀，依次放在丙酮和去離子水中超聲清洗，烘干；
[0021]三、采用半導(dǎo)體靶材，通過電子束蒸鍍，在經(jīng)步驟二處理的ITO玻璃基底上沉積厚度為200nm?500nm半導(dǎo)體薄膜；然后再涂覆步驟一制備的有機(jī)溶液，在室溫下無(wú)塵環(huán)境中陰干后，再放入烘箱中烘干形成厚度為20?60nm有機(jī)薄膜，得到帶有復(fù)合光電導(dǎo)取向?qū)拥幕?
[0022]四、取兩片復(fù)合光電導(dǎo)取向?qū)踊?，使?fù)合光電導(dǎo)取向?qū)酉鄬?duì)，在復(fù)合光電導(dǎo)取向?qū)油鈬鷥?