The objective of the research is to synthesis novel polymer binder with outstanding dimensional stability and manufacture new photopolymer with excellent recording stability and optical quality for holographic application.
In this study, a new photopolymers including polymer binder with nanoporous structure based on sulfonated crosslinked ionomer were prepared and investigated their optical performance. The polymer binder was synthesized with three monomers, which were AMPS, HEDA and EHA by UV- curing with benzophenone. After the synthesized polymer binders were purified, whether residual monomer exist or not was identified with $^1H$ NMR and sulfur contents were measured with Elemental analyzer. The nanostructure of the polymer binder, ion cluster, was observed at $q = 0.1~0.4 Å^{-1}$ via SAXS and identified by measuring two $T_g$ via DSC.
For the preparation of photopolymer with nano-domain, polymer binder is dipped in photosensitive solution composed of methylene blue (MB) as photosensitizer and triethanolamine (TEA) as initiator together with acrylamide (AA) as monomer. The nanostructure of the photopolymer was also identified with SAXS.
The photopolymer was recorded with unslanted geometry at I=20mW/㎠ with linear polarized He-Ne laser beams (8mW) with 633nm wavelength. The laser was split into two beam with an intensity ratio 1:1 by a beam splitter and recorded in θ=15˚ from the normal of glass substrate. The intensities of the diffracted and undiffracted light were measured at diode by blocking one of the writing beams.
The photopolymers had different uptake amounts with solvents of photosensitive solution, crosslinking density, uptake temperature, neutralization time and the content of the AMPS. Therefore, photopolymers showed different optical performance such as diffraction efficiency, transmittance and sensitivity.
Our new photopolymer exhibited outstanding recording stability due to chemically and physically crosslinked binder and excellent optical quality due to nanosized domain (10nm≤), ion cluster
This photopolymer with nano-sized domain is expected as a promising candidate to be able to overcome its thickness limitation which originate from severe bragg detuning and light scattering due to grating distortion by volume shrinkage for increasing thickness .
본 연구의 목표는 술폰화된 가교구조의 고분자 바인더를 합성하고 이를 토대로 광고분자를 제조하여 광 산란 손실 없이 광 중합 시에 부피수축으로 인한 기록 격자의 왜곡현상과 기록 격자의 확산으로 인한 회절효율의 감소를 제어하는 것이었다.
일반적으로 acrylamide계 광고분자에 PVA를 고분자 바인더로 이용한 경우 회절효율은 약 80~90% 정도로 매우 높게 측정되고 민감도가 우수한 반면 기록안정성은 레이저의 조사 세기와 필름의 두께 그리고 시간에 따라 회절효율이 급격히 감소하는 매우 불안정한 특성을 보였다.
반면 본 연구에서 제조된 고분자 바인더를 이용하여 acrylamide계 광고분자를 제조할 경우 회절효율은 최대 80%로 PVA를 이용한 경우 보다 낮았지만 300㎛이상의 두께에서도, 높은 세기의 조사 빔에서도 매우 안정한 기록 특성을 보여 주었다. 그리고 약 1주일 동안의 상온 보관 후에도 회절효율은 거의 변화가(5%이내 감소) 없었다.
또한 angle deviation test 결과 같은 조건하에서 기록된 듀폰 광고분자의 경우 0.156˚ 의 bragg dutuning 유발된 반면 본 광고분자는 판독시 bragg detuning 현상을 야기 시키지 않았다.
그리고 본 광고분자는 SLM을 이용한 Image test를 수행한 결과 성공적으로 image를 기록하였다. 본래 image와 거의 정확하게 재현된 그 image는 이 매질이 매우 우수한 optical quality와 기록 안정성을 갖는다는 것을 보여주는 또 다른 실험적 근거 였으며 대용량 정보 저장 매체로의 응용이 가능하다는 것을 보여주는 결과였다.
이러한 실험 결과들로부터 본 연구에서 개발된 고분자 바인더는, 종래의 광고분자에서 심각한 문제점으로 거론되어온 부피 수축으로 인한 기록 격자의 왜곡 및 확산으로 인한 회절효율의 감소 등을 성공적으로 제어할 수 있었다. 그리고 이를 통해 오랜 시간 동안 기록 격자의 뛰어난 안정성을 확보할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 고분자 바인더 내에 이온 크러스터의 도입은 광고분자의 투과율을 90% 이상으로 유지할 수 있게 하였다.
