體積全像材料(PQ-PMMA) (11)製作
體積全像材料我們選取的是感光高分子材料，感光高分子具有較高的折射率變化及 光度、容易參雜不同感光分子、製作容易、製作時間短且可製作成任意形狀等優點，
我們所選擇的材料為我們實驗室已趨近成熟的感光高分子材料PQ-PMMA。
首先我們將需用到的器皿清洗乾淨，尤其是最後用到的玻璃瓶以及當玻璃片和鐵氟 龍夾層片，而清洗玻璃片的過程如圖3-1 所示：
圖3.1 清洗玻璃流程圖。
泡在脫脂劑中，利用超音波震盪器震約15~30 分鐘。
泡在丙酮（Acetone）中，利用超音波震盪器震約 15~30 分鐘。
泡在異丙醇（IPA）中，利用超音波震盪器震約 15~30 分
利用高壓氮氣將玻璃吹乾。
3-1.
感 而
以脫脂劑清洗玻璃。
以清水沖洗
泡在去離子水（DI-water）中，利用超音波震盪器震約 15~30 分鐘。
以去離子水沖洗至沒有泡沫
倒掉去離子水加丙酮
倒掉丙酮加異丙醇
利用夾子將玻璃小心夾出
若是玻璃片清洗不乾淨，則我們做出來的材料將會非常的不均勻，材料表面會有霧 狀出現，並且會有類似波浪狀的漸層，使得整塊材料就不能用，因此清洗玻璃一定要加 以注意其清潔度。接著我們將清洗乾淨的玻璃以及鐵氟龍夾層片製作成我們所需要的模 組，如圖3-2 所示：
圖3.2 模子的製作
將模組製作好之後在四個邊塗上白膠，確保玻璃與鐵氟龍夾層片能確實的密合，但 要小心溶液注入孔，不能被白膠掩蓋以免不能注入溶液。塗好之後我們將其放入真空烤 箱烘烤大約一至兩天左右，使得白膠乾掉並且模子裡頭的空氣能盡量抽乾淨，以免後續 灌溶液時產生氣泡。
nitrile)粉末，以及MMA(Methyl methacrylate)液體製備而成的。其 製備反應機制可以參考參考資料(11)。
而材料的製備流程如下：
(1) 將會用到的玻璃器皿以及填充針筒徹底的沖洗乾淨，尤其會接觸到 PQ-PMMA 的容 器更要清洗乾淨。
而我們所選取的溶液材料為本實驗室已經趨近成熟的體積全像感光分子材料 PQ-PMMA，在製備上它是使用光起始劑PQ(9,10-phenanthrenequinone)粉末，熱起始劑 AIBN(Azobisisobutyro
10cm 10cm
5mm
5mm
＋ ＋
1mm
10cm
10cm 1mm
玻璃
鐵氟龍夾層片 1mm
玻璃
玻璃 鐵氟龍夾層片 溶液注入孔
(2) 依照所需要的材料厚度來衡量溶液材料的需求，以 PQ：AIBN：MMA=0.7：1：98.3 的比例調配。一開始我們將PQ 粉末加入含有 MMA 液體的玻璃罐中，然後逐漸加 熱，使得PQ 粉末完全溶解於 MMA 液體中，接著就再加入純化過的 AIBN 使其溶 解於含有PQ 的 MMA 液體中，開始聚合反應，最後會就形成液態狀的高分子聚合 物PO-PMMA。
(3) 為了避免有懸浮粒子等雜物，我們將注射筒前端裝上過濾器，將 PO-PMMA 倒入注 射筒，使其注入到另外一瓶乾淨的玻璃罐內。
(4) 將此瓶過濾過的 PO-PMMA 液體放置恆溫恆溼箱內的旋轉平台上，使其均勻的攪 拌，溫度大約 35 度上下，然後依照材料所配的多寡決定其攪拌的時間，假使要做 2mm 的大約需要八小時左右。(註)攪拌時要將旋轉平台的轉速開最大，但盡量不要 碰到瓶口，攪拌過程中會有漩渦，等到漩渦不見時，表示溶液變的有黏滯性了，此 時大約就可以了。
(5) 將黏滯的溶液利用針筒灌入我們作好的模子中，然後將灌好的模子放入真空烘箱 中，溫度約40 度上下，等待 3 天左右。
(6) 從真空烘箱拿出已經幾乎硬化的 PQ-PMMA 材料模子，將兩面玻璃與做好的材料分 離，再將材料如圖3.3 切割。
(7) 將切割好的材料利用高壓氮氣吹乾淨表面，再利用拭鏡紙包起來，外層再用鋁箔紙
以上製備過程需在暗房完成，或者只有微弱的紅光下，因為材料對紅光較不會敏感。
包一次，即完成我們的材料製備。
上
中下 中上
下
圖3.3 材料切割
3-2. 拉曼濾波片製作及其特性之量測
一開始為了要先知道 PQ-PMMA 的曝光條件，才能知道當曝光能量多少時，可以得 大的繞射效率，因此安排的實驗架設如圖3.4，此為穿透式體積全像紀錄光路系統，
將材料由一大塊分成大約上、中上、中下、下四個部份，對每一個部份分別做出繞 率對曝光能量的關係曲線圖。我們的實驗條件為以514nm 氬離子雷射紀錄及讀取，
光能量每道光11.1m 到較
我們 射效
雷射 w，入射角為 30 度，並且將兩個光偵測器如圖放置，利用這兩
個偵測器來測量穿透光的強度以及繞射光的強度，而我們的繞射效率利用下式來計算：
η= 100%
光強度 +光強度1 2× (3-1) 度1 為光偵測器 1 所測量得到，光強度 2 為光偵測器 2 所測量得到。在此我們將材 料的吸收性忽略掉，只針對經過材料後出來的穿透光以及繞射光加以討論。
將材料放至平台上，我們曝光時間設定為每次間隔 2 秒鐘就會關閉其中一道光取一 次繞射效率，取大約200 組，然後做出繞射效率對 曝光時間(或曝光能量)的曲線圖，從 而判定當我們在做體積全像濾波器時所需要的適當時間。
由實驗測量的結果所做出來的繞射效率對曝光時間的曲線圖如圖 3.5。由圖我們可 以看到幾乎每個部份做出來的曲線圖都不相同，這或許說明了每塊材料在每個位置的特 性都不盡相同，我們也就無法得到說哪一個點才是我們的最佳曝光時間，因此我們退而 求其次，我們由圖上找出這些位置曝光時間的共同點，而由圖上觀察得到大約在曝光時 間100 秒之前的繞射效率曲線是呈現趨近於線性的上昇，所以我們就取大約在此段曝光 時間內的一個適當時間點作為我們的
光強度1
光強
實驗條件。
空間濾波器
½波片
圖3.4 繞射效率對曝光時間光路架設圖
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
DE
time(s) up
mup mdown down
圖3.5 繞射效率對曝光時間曲線圖。
z x
514nm雷射紀錄
1mm PQ-PMMA 旋轉平台
½波片
P.B.S Aperture
Shutter
Shutter
記錄角度30度
M-471
detector 1 detector 2
■ 上
○ 中上
☆中下
△下
得到了繞射效率對曝光時間的曲線圖之後，我們就可以進行製作穿透式的體積全像 拉曼濾波器的實驗，而實驗的光學系統安排如圖3.6 所示，我們所架設的是穿透式體積 全像光柵的紀錄光學系統，利用514nm 氬離子雷射紀錄，而我們挑選的旋轉平台為紐波 特(Newport)M-471 系列旋轉平台，將材料放置在這個旋轉平台上，然後將雷射光經由分 光鏡分成兩道光之後，利用反射鏡將這兩道雷射光導向我們所計算紀錄的角度，且分別 入射在材料的同一側，接著依照我們之前所得到的曝光時間（曝光能量）曲線圖選定適 當的曝光時間開始紀錄。紀錄好之後，我們把紀錄好的光柵放在原位置不動，遮住其中 一道紀錄光讀取，而讀取的光學系統如圖3.7 所示，我們還是利用反射鏡將雷射光導向 我們所計算出的讀取角度，然後開始轉動旋轉平台，每次轉動角度大約0.01 度，將其每 次轉動後的繞射效率紀錄下來，利用電腦作出繞射效率對入射角度變化曲線圖。
因此我們所選擇的實驗條件為：每道雷射光的紀錄光強度大約為 11.1mw，紀錄角 度為30 度，一樣每次間隔兩秒取一組數據，總共取 40 組也就相當於曝光時間為 80 秒，
然後將其中的一道雷射光遮住，開始轉動角度，每次大約轉0.01 度，總共取大約 25 組 數據，所繪成的曲線圖如圖3.8。分別對中上、中下、下作量測。
圖3.6 穿透式體積全像光柵利用 514nm 綠光雷射紀錄的光學系統
空間濾波器
½波片
M-471 z
x
514nm雷射紀錄
1mm PQ-PMMA 旋轉平台
½波片
P.B.S Aperture
Shutter
記錄角度30度
圖3.7 穿透式體積全像光柵利用 514nm 氬離子雷射讀取的光學系統
z x
空間濾波器
½波片
514nm雷射紀錄
1mm PQ-PMMA 旋轉平台
½波片
P.B.S
記錄角度30度
Aperture
PN-495 Shutter
detector 1 detector 2
0 20 40 60 80
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
0
delta theda
mup
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
0
delta theda
mdown
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
0
DE
delta theda
down
圖3.8 （a）圖為繞射效率對曝光時間曲線圖（b）圖為繞射效率對入射角度變化曲線圖。
（3.8-1、3.8-2、3.8-3 分別代表材料中上、中下、下的位置）
3.8-1(a) 3.8-1(b)
3.8-2(a) 3.8-2(b)
3.8-3(a) 3.8-3(b)
由圖 3.8 可看出我們取的曝光時間大致上還呈現類似線性上升的曲線，而在之後我 們所做的轉動入射角度來測量繞射效率變化的關係曲線上，呈現與我們所預期的不大相 同，我們所期望的是它能呈現sinc 函數，但是所做出來的曲線卻是先上升到某一個峰值 後再類似sinc 函數下降的曲線，而其中的原因我們假設可能性有兩種：
（一） 材料的暗反應
當我們建立好光柵之後，感光分子或許還在反應漂移中，沒有很穩定的存在亮暗區 域，因此我們在讀取中繞射效率會隨著光柵漸漸的穩定狀態而上升，等光柵穩定後才開 始繞射效率才開始對入射角度變化有所反應。
（二） 讀取光的強度
當讀取光與紀錄光的強度一樣時，因為我們紀錄時材料或許未到飽和值，材料在讀 取過程中可能還會繼續反應，或許有可能會破壞之前所建立好的光柵，而導致所測量的 數據有所誤差，因此我們將讀取光的強度調弱一點，使得當我們讀取時雖還是會有一點 反應，但是可減弱他的影響性。因此我們針對這兩個可能性進行實驗。
首先我們就暗反應進行實驗及討論，而我們的實驗條件為：每道雷射光的紀錄光強 度大約為1 紀錄角度為 30 度，一樣每次間隔兩秒取一組數據，總共取 40 組也 就相當於曝光時間為80 秒，然後將其中的一道雷射光遮住，先全部靜置大約 10 分鐘左 右，再開始轉動角度進行量測，而每次轉動的角度同樣是0.01 度，總共取大約 25 組數 據，所繪成的曲線圖如圖3.9。也分別對中上、中下、下材料位置作量測。
1.1mw，
0 20 40 60 80
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
0
delta theda
0 20 40 60 80
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
0
delta theda
mdown
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
0
delta theda
down
由圖可以看出當我們經過靜置一段時間之後，似乎有一點效果，繞射效率會隨著入 射角度的轉動，開始呈現sinc 函數的曲線變化，但是材料中下部分還是跟之前一樣，會
由圖可以看出當我們經過靜置一段時間之後，似乎有一點效果，繞射效率會隨著入 射角度的轉動，開始呈現sinc 函數的曲線變化，但是材料中下部分還是跟之前一樣，會