Holographic data storage has come into the spotlight as promising next-generation optical data storage technique with high capacity. Photopolymer is a strong candidate of recording material for volumetric hologram due to high sensitivity and large refractive index modulation.
Although many groups have carried out researches on photopolymer system to get better performance, there has been not any special research about shelf-life time. Shelf-life is one of essential requirements of storage medium to be commercial product. In this report, we present the effects of monomer stabilizer on shelf-life of photopolymer medium. The aim of this study is to improve shelf-life time of photopolymer by addition of monomer stabilizer suppressing unexpected dark reaction without beam exposure.
Photopolymer system used in our study consists of epoxy resin, amine hardener and polymerizable acrylate monomer. A polymeric matrix is formed by in-situ curing of epoxy resin and amine hardener at room temperature, however, monomer remains unreacted. Holographic gratings were recorded in the photopolymer film by intersecting two mutually coherent beams with wavelength of 405nm and p-polarization.
음악을 저장하기 위하여 CD가 개발된 1982년을 기점으로, 광을 이용한 정보저장 시장은 폭발적으로 성장해 왔다. 1990년대에는 DVD가 개발되었으며, 최근에는 Blu-ray가 개발되어 게임이나 영상매체 등을 기록하는 데에 폭넓게 이용되고 있다. 그러나 기록하는 레이저의 파장을 줄여서 기록밀도를 높이는 방법에는 한계가 있기 때문에 기존의 방법을 고수하게 된다면 기하급수적으로 늘어나는 정보의 양을 감당할 수 없을 것임에는 틀림이 없다. 새로운 광기록 시스템을 구현하기 위하여 다양한 연구들이 진행되고 있다.
광정보 저장 매체의 기록 용량(capacity)를 획기적으로 증가시킬 수 있는 방법 중의 하나는 홀로그램을 이용하는 것이다. 두 개의 가간섭성(coherent) 빔을 매체에 조사하면 일정한 모양의 격자(grating)가 생성된다. 기록된 패턴 위에 같은 파장의 빔을 다시 쪼여주게 되면 정해진 각도에서 기존의 정보를 다시 읽어들일 수 있다. 홀로그래피를 이용한 3차원 정보 저장 방식이 실용화가 되기 위해서는 적합한 매체를 개발하는 것이 가장 시급하며, 최근 각광을 받고 있는 대표적인 재료가 광고분자(photopolymer)이다.
빛의 간섭에 의한 선택적인 광중합(Photopolymeriztion)에 의해서 격자를 생성하는 광고분자는 높은 광민감도와 기록 안정성, 낮은 가격 등의 이점을 가지고 있지만 광고분자를 홀로그래픽 정보 저장용 재료로 이용하기 위해서는 장기 안정성(long-term stability)과 부피 수축(volume shrinkage)의 제어가 시급한 실정이다. 광고분자의 부피 수축을 제어하기 위해 유/무기 매트릭스가 도입되는 등의 많은 연구가 수행되었고, 상당한 성과가 보고되고 있다. 그러나 부피 수축의 제어와 대조적으로, 장기 안정성에 대한 연구는 상대적으로 취약한 편이고, 특히 보관 기간(shelf-life)에 대한 연구는 사실상 거의 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 광고분자 재료의 보관 기간 향상에 관한 간단한 방법론을 제시하고자 하였다.
광고분자 필름을 제작하여 장기간 보관하여 홀로그램을 기록하였을 경우, 제작 직후에 홀로그램을 기록하는 경우보다 회절효율이 현저히 감소한다는 사실은 이미 알려져 있는 사실이다. 광고분자를 매체로 홀로그램을 기록할 때 굴절률 차이를 만드는 것은 단량체의 중합과정이다. 그러므로 기록시에 중합 가능한 단량체가 어느 정도 재료에 포함되어 있는지의 여부에 따라 재료의 성능이 결정된다고 해도 과언이 아니다. 순수한 단량체의 경우, 빛이나 열과 같은 특별한 자극 기작이 없음에도 불구하고 자발적인 중합(self-polymerization)이 일어난다. 본 연구에서는 단량체의 자발적인 중합이 필름의 성능을 저하시키는 주 원인이라고 판단하고, 반응 억제제(inhibitor)를 첨가하여 제작 후 시간이 지나도 본래의 성능을 유지시키고자 하였다.
반응 억제제를 첨가한 광고분자와 첨가하지 않은 광고분자를 각각 제작하여, 다른 기간 동안 보관한 후에 홀로그램을 기록하여 성능평가를 수행하였다. 반응 억제제가 첨가되지 않는 샘플과는 대조적으로, 첨가된 샘플의 경우 오랜 기간 동안 초기 성능이 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 보관 기간에 따른 성능의 차이가 초래되는 원인을 찾기 위하여 라만 분광법(Raman spectroscopy)을 이용하여 각각의 샘플이 포함하고 있는 단량체의 양을 분석하였고, 상온에서 오래 보관하는 경우 원하지 않은 중합반응이 일어나는 것을 확인하였다. 반응 억제제가 자발적 중합을 억제하여 광고분자 보관 기간 증가에 좋은 영향을 준다는 것을 확인한 후, 최적화를 통하여 반응 억제에 의한 성능 저하도 줄일 수 있다는 것을 알았다.
본 연구를 통해, 3차원 광정보 저장 매체의 대표적인 재료로 연구되고 있는 광고분자의 보관 기간을 향상시킬 수 있는 간단한 방법을 제시할 수 있었다.
