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有机光致变色材料在全息和光信息处理中的应用研究

作　者: 王英利
导　师: 姚保利
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 光学
关键词: 光致变色菌紫质俘精酸酐光致各向异性全息存储衍射效率光信息处理
分类号: TN104.3
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

有机光致变色材料以其优良性能广泛应用于光存储和光信息处理中。论文主要研究了两种光致变色材料—菌紫质和俘精酸酐的光致变色和光致各向异性特性以及它们在全息光存储和光信息处理方面应用，完成了以下几方面的工作： 1．研究了菌紫质和俘精酸酐样品的光致变色特性。采用一阶近似、数值计算和经验公式拟合的方法对光致变色特性进行理论分析和实验曲线拟合，得到了光反应速率常数γ拟合值。理论分析和实验发现，单稳态菌紫质样品的光致变色时间动力学曲线是光强依赖型；双稳态俘精酸酐样品则为曝光量依赖型；紫光影响红光或绿光光强透过率曲线。两种样品光致变色具有饱和吸收特性。 2．研究了菌紫质和俘精酸酐样品的光致各向异性特性。用一阶近似理论计算了俘精酸酐样品二向色性随曝光量变化曲线。测量了单光束和双光束作用下的光致各向异性，发现偏振方向正交的紫光可以提高红光的光致各向异性。比较俘精酸酐样品两态的吸收和折射率差与光致各向异性二向色性和双折射率随波长的变化，阐述了光致各向异性产生的机理是偏振选择激发引起两个方向的吸收和透过率不同。 3．研究了菌紫质和俘精酸酐样品的全息存储特性。比较了两类材料的感光光谱范围，感光灵敏度，空间分辨率，抗疲劳性，热稳定性等性能。分析了不同偏振全息衍射光的偏振态以及衍射效率。利用一阶近似和数值计算对不同偏振全息衍射效率随时间变化曲线进行了拟合。全息存储是基于样品的光致变色和光致各向异性特性，由于曝光时间过度，样品在非线性区记录，会使全息光栅调制度下降引起衍射效率下降。理论上和实验证明，加入适量的紫光可以使光栅调制度提高，衍射效率提高。根据理论和实验结果对于提高衍射效率的全息记录条件进行了探讨。 4．利用不同全息存储技术在菌紫质和俘精酸酐样品上进行了全息图像存储实验，包括参考光再现与共轭光再现技术、透射式与反射式记录技术、夫琅和费全息存储与傅里叶变换全息存储技术、不同偏振全息及不同复用技术，以达到提高衍射效率、衍射像的信噪比和存储密度的目的。利用紫光提高了全息衍射像的信噪比和衍射效率。建立了傅里叶变换正交圆偏振全息存储光路，

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
第一章有机光致变色材料概论  11-40
  1.1 光致变色现象的原理  11-12
  1.2 光致变色材料的类型  12-14
  1.3 光致变色应用  14-19
    1.3.1 光存储方面的应用  14-19
    1.3.2 其他应用  19
  1.4 有机光致变色材料的研究进展  19-29
    1.4.1 生物分子材料—细菌视紫红质  19-25
    1.4.2 化学合成物—俘精酸酐  25-29
  1.5 论文的主要内容  29-31
    1.5.1 材料简介  29-30
    1.5.2 研究的意义  30
    1.5.3 研究的内容  30-31
  参考文献：  31-40
第二章光致变色动力学理论及实验研究  40-60
  2.1 理论研究方法  40-54
    2.1.1 一阶近似求解—基本特性的分析  42-46
    2.1.2 数值计算—精确描述  46-49
    2.1.3 经验公式拟合—稳态特性的简洁拟合  49-52
    2.1.4 三种拟合方法研究光致变色特性  52-54
  2.2 实验测量曲线  54-57
    2.2.1 菌紫质样品—光强依赖特性  54-56
    2.2.2 俘精酸酐样品—曝光量依赖特性  56-57
  2.3 两种材料光致变色动力学特性比较  57
  参考文献  57-60
第三章光致各向异性特性研究  60-78
  3.1 测量方法及原理  60-63
    3.1.1 正交偏振检测-常用的方法  60-62
    3.1.2 二向色性法  62-63
  3.2 光致各向异性动力学特性理论计算及实验测量曲线  63-70
    3.2.1 俘精酸酐样品  63-67
    3.2.2 菌紫质样品  67-70
  3.3 材料的光致各向异性原理  70-75
    3.3.1 光致变色引起的吸收与折射差谱  71-72
    3.3.2 光致二向色性和双折射随波长变化  72-74
    3.3.3 光致各向异性机理  74-75
  3.4 总结  75
  参考文献  75-78
第四章全息光存储特性研究  78-113
  4.1 光致变色材料光存储特性  78-82
    4.1.1 感光灵敏度  78-79
    4.1.2 抗疲劳特性  79-81
    4.1.3 亚稳态寿命(热不可逆性)  81-82
    4.1.4 空间分辨率测量  82
    4.1.5 感光光谱范围  82
  4.2 偏振全息记录中的偏振态和衍射效率分析  82-87
    4.2.1. 合成光场分析  83-85
    4.2.2. 全息衍射效率公式  85-87
  4.3 衍射效率的理论计算  87-97
    4.3.1 计算思路  88-89
    4.3.2 动力学特性  89-92
    4.3.3 稳态特性  92-93
    4.3.4 非线性记录及辅助紫光的作用  93-96
    4.3.5 偏振全息衍射效率动力学曲线  96-97
  4.4 衍射效率的实验测量  97-102
    4.4.1 菌紫质样品的光强依赖特性  98
    4.4.2 俘精酸酐样品的曝光量依赖特性  98-100
    4.4.3 辅助紫光对全息衍射效率影响  100-102
  4.5 衍射效率影响因素及全息记录条件的选择  102-107
    4.5.1 读出光波长  102-104
    4.5.2 最佳物参比  104-105
    4.5.3 不同偏振全息记录  105-106
    4.5.4 记录光强和时间  106-107
    4.5.5 记录条件的选择  107
  4.6 总结  107-108
  参考文献  108-113
第五章光致变色材料在全息光存储中的应用研究  113-131
  5.1 提高衍射像质量的全息存储技术  113-117
    5.1.1 共轭光再现消除畸变  113-114
    5.1.2 反射式全息提高信噪比  114-115
    5.1.3 正交偏振全息提高信噪比  115-117
  5.2 夫琅和费与傅里叶变换全息光存储提高存储密度  117-120
  5.3 辅助紫光提高衍射效率  120-122
    5.3.1 夫琅和费全息  120-121
    5.3.2 傅里叶变换全息  121-122
  5.4 不同复用技术全息存储实验研究  122-126
    5.4.1 角度复用技术  122-124
    5.4.2 旋转复用  124
    5.4.3 偏振复用  124-126
    5.4.4 角度-偏振复用  126
  5.5 高密度偏振全息光数据存储  126-128
  5.6 总结  128
  参考文献  128-131
第六章光致变色材料在光信息处理中的应用  131-147
  6.1 光致变色特性在光信息处理中的应用  131-135
    6.1.1 图像衬度反转  133
    6.1.2 亮背景滤除—提高图像信噪比  133-134
    6.1.3 光开关  134-135
  6.2 光致各向异性特性在光信息处理中的应用  135-144
    6.2.1 图像衬度反转  135-136
    6.2.2 图像相加减  136-137
    6.2.3 高低通滤波  137-138
    6.2.4 全息法实现边缘增强和图像加减  138-141
    6.2.5 防伪技术  141-143
    6.2.6 高信噪比图像  143
    6.2.7 光开关  143-144
  6.3 总结  144
  参考文献  144-147
第七章总结与展望  147-150
致谢  150-151
攻读博士学位期间发表的论文及获奖情况  151-154
攻读博士期间获奖情况  154

有机光致变色材料在全息和光信息处理中的应用研究

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