实时动态全息3D显示用有机光折变材料的研究现状

日本东京理科大学T.Sasaki等[6]研究了用光敏铁电液晶(FLC)混合光导手性化合物做了双光束耦合实验。


近几年,国内外的学者研究了应用于实时动态全息3D显示的有机光折变材料,并取得了重要成果。美国亚利桑那大学N.Peyghambarian等[2]研究出了一种尺寸为4*4英寸的光折变聚合物,如图1.2所示,新图像在几分钟内能够完成记录和再现,并且无需更新就可观看数小时的影像,需要更新时能够完全清除先前图像。

每个微元记录的总时间从0.5秒到2秒之间不等,总辐照度为0.1Wcm-2。图像。3D显示具有一个45度总水平视角,且亮度均匀,分辨率相当于NTSC(国家电视系统委员会)电视。这些图像可以直接在光折变薄膜器件上看到3小时图像且不需要中间投影工具或放大,如图1.3b所示。这些图像通过利用532nm光束照射可以在几分钟内完全擦除,新的图像可以在需要时再记录。

日本京都工艺纤维大学N.Tsutsumi等[3-5]于2012年发现了由3-[(4-nitrophenyl)azo]-9Hcarbazole-9-ethanol(NACzE)(30wt%)组成的聚合物掺杂透明的polymethylmethacrylate(PMMA),它能够在几秒钟的时间内记录和再现新图像并维持10秒,观看时不需要附加外加电场。并在2013年通过使用全息立体技术和透密的光学仪器优化了全息3D显示系统。能够通过从一个物体多角度得到的100幅基本全息图完全再现整个物体,并且不需要通过清除过程就可以使新全息图覆盖先前的图案,如图1.4所示。记录过程的时间只需200ms,而记录和翻译过程的总时间只需28s。

日本东京理科大学T.Sasaki等[6]研究了用光敏铁电液晶(FLC)混合光导手性化合物做了双光束耦合实验,发现它具有巨大的增益系数超过800cm–1,并且响应时间为8ms。研究得出高光导性能是影响增强电荷迁移率的原因。

上海大学高洪跃[7]研究出了超快液晶薄膜不需要任何外加电场的情况下,其全息响应速度能够达到毫秒级,全息图建立时间可以达到1ms,自擦除过程所需时间也达到了1ms,并且可以完全清除先前图案。同时,他们利用蓝、绿、红三种颜色的激光作为读出光来再现储存在光折变材料中的全息图,从而得到实时动态全息视频,如图1.5所示。基于全息复用技术,在此材料中实现RGB模式彩色全息视频显示。

实时动态全息视频显示。(a)入射图像;(b)全息再现图像(全息显示视频的截图)

有机光折变材料具有非线性光学系数大、响应速度快、易制备成大尺寸等优点,但在应用是会受到一些条件的限制:(1)外电场依赖性,有机材料的光生载流子量子效率与迁移率与外加电场有关,材料必须通过在外电场中的极化来实现电光效应或二阶非线性。所以一些有机聚合物和有机液晶需要靠外加电场甚至强电场(70-90V/μm)来加快响应速度,材料被击穿的风险高。(2)适合的工作温度范围小,有机液晶的清亮点低,适合室温使用,无法在高温等特殊环境正常工作。(3)温度依赖性高,在一些具有低玻璃化温度Tg的有机光折变材料中,电光分子同时在正弦变化的空间电荷场Ef和外加电场B中取向,导致材料的有效电光调制和双折射调制,在适宜条件下会提高响应速度,但稳定性可能会降低。