光聚合系統（photopolymerizable system）

光聚合系統是由單體、光啟始劑、敏感劑依適當的比例混合在高分子基材或寡聚 體中購成整個系統。光起使劑在照光受激發之後產生自由基（透過己知的光裂解或是氫 轉移反應），引發光聚合作用。受記錄光照射的區域，因為聚合反應而消耗單體，同時 因為暗紋區未能經由光起使劑引發聚合（未受光照），產生了單體濃度的差異與擴散效 應[13-14]，使聚合反應持續進行，直到最後藉由自由基的相互結合引發終止反應，也因

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亮區暗區的高分子密度變化差異造成折射率隨光分佈產生了變化，記錄了相位全像。一 般來說，整個系統一開始由單體，光起使劑均勻混和所構成；當曝光時，雷射光束干涉 而在感光材料上形成亮暗條紋，造成了材料上有光能量強弱的分佈。亮紋區是因為受光 激發誘導自由基的產生，使單體開始聚合，而暗紋區則因為沒有光化學反應產生。在亮 紋區，單體大量聚合使得高分子鍵迅速增長，散佈的單體不斷得被消耗，因此使得暗紋 區的單體有驅動力往亮紋區擴散。到最後，由於高分子密度或單體物質有濃度分佈，使 得亮暗紋區呈現了連續式折射率差異，進而形成相位光柵結構[15-16]。相位光柵結構的 形成機制如圖 2-2。

圖 2-2 感光材料曝光形成光柵示意圖(a)尚未記錄前的感光高分子(b)記錄時 感光高分子的運動(c)全像片上對應的光強度分佈

另外，藉由化學合成技術調整光敏感劑的吸收光譜且加速整體反應的進行，使得 聚合反應更容易發生。此系統大都運用在液態混合物或乾膜（dry film）中，前者的製作 方式是以兩片光學玻璃把混合物夾為三明治結構，後者則是利用旋轉塗佈把所混合的黏

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稠溶液（包含用來聚合的單體、光起使劑、用來當作基材的高分子與能溶解溶質的溶劑）

塗佈於玻璃之上，再經由溶劑得移除之後可形成光聚合的乾式薄膜。摻混液晶光聚合系 統，Wendorff[17]在 1986 年的文獻中提出了利用液晶高分子在側鏈接上偶氮官能基，並 利用線性偏振的雷射來進行記錄。在 1995 年，A. Natansohn[18]和 J.Kumar[19]，利用了 這一類偶氮高分子加以記錄全像表面光柵(surface relief grating)，開啟了相關材料的研 究。而在材料中加入液晶高分子形成所謂的 H-PDLC（Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal），是利用光聚合造成濃度差與擴散效應使折射率增加，加上可以利用不同結構的

液晶分子的設計，形成具有可調控式的光柵[20-22]。

表 2-1 所列出的為一些代表性的例子。其中以 acrylate 單體的系統為最大宗，在過 去較著名的商業化記錄材料有 Du Pont 感光高分子，Omnidex（杜邦子公司）的 HRF-150 和 Polaroid 的 DMP-128 感 光 高 分 子 [23-26] ， 其 他 常 用 的 單 體 系 統 還 有 Methyl methacrylate、Acrylamide[27]…等。然而，感光聚合高分子的缺點在於：材料在照光時，

其基本組成的單體會加入聚合反應，待反應完畢後會造成材料體積很大的收縮效應，被 影響的記錄全像使得全像資訊無法有效重建。

摻混液晶光聚合系統，Wendorff[17]在 1986 年的文獻中提出了利用液晶高分子在 側鏈接上偶氮官能基，並利用線性偏振的雷射來進行記錄。在 1995 年，A. Natansohn[28]

和 J.Kumar[29]，利用了這一類偶氮高分子加以記錄全像表面光柵(surface relief grating)，

開啟了相關材料的研究。而在材料中加入液晶高分子形成所謂的 H-PDLC（Holographic

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Polymer Dispersed Liquid Crystal），是利用光聚合造成濃度差與擴散效應使折射率增加，

加上可以利用不同結構的液晶分子的設計，形成具有可調控式的光柵[30-33]。

表 2-1 光聚合系統材料 Material Thickness

(μm) Liquid photopolymerizable compositions

Barium and lead acrylate

10-20 694 0.3 3000 45

Multifunctional acrylate

55 450-550 0.1-0.2 >2500 80

Methacrylate 120 457 0.5-0.7 -- 14

Photopolymerizable dry film Du Pont’s

photopolymer

1.25-200 350-550 0.1-0.4 3000 88-90

Du Pont’s Omnidex (HRF series)

6-78 450-650 0.01-0.1 6000 99