本章主要是探討高分子液晶(RM257)薄膜在各種條件下，例如照 射溫度、照射強度、照射週期與照射時間等，全像干涉光場對薄膜內 部分子指向與狀態的影響。進而了解不同參數下，此薄膜對全像干涉
4-1 溫
是全像干涉光場之破壞性干涉區域之分子 皆沒有一致的指向[註]。
[註]由於全像干涉光場之建設性干涉與破壞性干涉會大量提及，故我們以 光場的記錄特性。
度對 RM257 薄膜的影響
於研究中，為了判斷高分子液晶材料RM257 是否對波長 488 nm 之雷射光束所產生的全像干涉光場有反應。故我們於樣品T=100 ℃時 置於照射強度I=3.96 W/cm2且空間週期Λ=40 μm之全像干涉光場內，
並以Rate=-0.5 ℃/min的速率降溫到T=70 ℃，總照射時間t=60 分鐘。
圖4-1 即為RM257 薄膜經由全像干涉光場照射之後，室溫下於熱台偏 光顯微鏡下所展現的光學圖像。於圖4-1 中我們可以發現RM257 薄膜 經由照射之後，全像干涉光場之建設性干涉區域會於RM257 薄膜上 留下條紋。且旋轉偏光顯微鏡載物台後，條紋與其他區域展現不同的 光學特性，即不同方位角下會有不同的顏色與亮暗變化。故RM257 薄膜的確會對波長 488 nm的雷射光束有反應，並藉由分子狀態的改 變記錄下全像光場的光學訊息。但於此照射參數下，不論是全像干涉 光場之建設性干涉區域或
32
(a)
P A
(b)
P A
(c)
P A
(d)
P A
(g)
P A
(f)
P A (e)
P A
100μm 100μm
100μm 100μm
100μm 100μm
100μm
圖4-1 RM257 薄膜經照射後(I=3.96 W/cm2、T=100 ℃、Rate=-0.5 ℃/
min、t=60 min、Λ=40 μm)，樣品在室溫於熱台偏光顯微鏡下所展現 的光學圖像。其中(a)~(g)分別為方位角ψ於 0°、15°、30°、45°、60°、
75°、90°的光學圖像。
此外，當RM257 薄膜經由全像干涉光場照射之後，我們以熱台 偏光顯微鏡將樣品升溫到132 ℃下觀察。圖 4-2 展示了RM257 薄膜於 132 ℃時，有照射干涉光場區域與沒照射到的區域於熱台偏光顯微鏡 下所展現的光學圖像。於圖中我們可以發現，未照射區域在垂直擺放 的偏光片中展現全黑的光學圖像，這表示在升溫過程中因為超過了 TNI(130 ℃)，故已經相變進入了Isotropic。反之，經由全像干涉光場 照射後的區域卻沒有相變進入Isotropic。故我們認為RM257 材料再經 由 488 nm的雷射光束照射之後會聚合成高分子。在聚合成高分子之 後，RM257 材料雖然仍然具備雙折射的特性，但物理化學性質已經 與未聚合前不同。
未照射區域
P A
照射區域
圖4-2 RM257 薄膜經照射後(I=3.96 W/cm2、T= 100℃、Rate=-0.5 ℃/
min、t=60 min、Λ=40 μm)，樣品在 132 ℃於熱台偏光顯微鏡下所展 現的光學圖像。
為了解決上述薄膜經照射後內部分子指向不同的問題，故我們將 樣品於不同的相態下，置於照射強度I=3.96 W/cm2且干涉週期Λ=30 μm之全像干涉光場內照射 30 分鐘。圖 4-2 即展示了樣品於 50 ℃、100
℃、132 ℃與 145 ℃下照射全像干涉光場後，室溫下於熱台偏光顯微 鏡下所展現的光學圖像。
(d)
P A (b)
P A (a)
P A
(c)
P A
100μm 100μm
100μm 100μm
圖4-3 RM257 薄膜於不同溫度下照射後(I=3.96 W/cm2、t=30 min、Λ=
30 μm)，室溫下樣品於熱台偏光顯微鏡下所展現的光學圖像。其中 (a)~(d)分別為 50 ℃、100 ℃、132 ℃與 145 ℃照射之樣品。
由圖 4-3 我們可以發現，RE257 薄膜於 Crystal (50 ℃)下，並不會 記 錄 全 像 干 涉 光 場 的 光 學 訊 息 。 若 要 有 記 錄 的 特 性 ， 則 必 須 在 Nematic(100 ℃)與 Isotropic(132 ℃、145 ℃)下照射全像干涉光場。我
們認為 RM257 薄膜於低溫時照射全像干涉光場，會因為分子不具備 足夠的活性，故並不會對波長488 nm 的雷射光束產生反應。且我們 使用熱台偏光顯微鏡將圖 4-3(a)之樣品升溫到 132 ℃觀測，發現 RM257 薄膜內部分子會相變進入 Isotropic。故 RM257 薄膜於低溫時 照射488 nm 干涉光場，並不會使單體聚合成高分子，這也驗證於低 溫下照射時分子活性不夠的推論。之後我們亦將圖 4-3(b)~(d)的樣品 利用熱台偏光顯微鏡升溫到135 ℃後觀測，結果於這些樣品內部之分 子並沒有相變，而是維持原有之光學圖像。故RM257 薄膜於 Nematic 與Isotropic 下，會與波長 488 nm 之雷射光束產生反應而聚合成高分 子，且記錄下全像干涉光場之光學訊息。
此外於圖 4-3(b)(c)之樣品中，建設性光場區域雖然會於 RM257 薄膜上留下條紋，但在熱台偏光顯微鏡下仍然展現出很多的區塊，代 表RM257 薄膜內部分子仍然是散亂排列。反之於圖 4-3(d)之樣品，
在照射全像干涉光場後，不但會於RM257 薄膜上留上條紋更會對其 內部分子配相。為了更清楚的看出這個現象，我們將圖4-3(d)之樣品，
在較高倍率下觀測，如圖4-4 所示。
(a)
部分子的確有很好的配相。於建設性光場區域內，雖然在方位角 0°
時會有些許的漏光，但於方位角 45°時仍然表現出不錯的亮態，這表 示雖然建設性光場區域有部分的分子為閃亂排列而使的暗態(ψ=0°) 漏光，但實際上仍然是有大部分的分子具有良好的配向。
於本研究中，為了判定 RM257 薄膜配向是否良好，我們使用光 強度量測系統量測經照射後的 RM257 薄膜於偏光顯微鏡下不同方位 角時的透光量。圖4-5 即為圖 4-4 之樣品利用顯微鏡光強度檢測系統 量測不同方位角對穿透光強度之分布圖。於圖 4-4(a)中我們可以發 現，當方位角為0°時，由於建設性光場區域會有漏光且薄膜內分子亦 非完美配向，故使的我們量測結果之最小穿透光強度並不為零。但由
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
方位角(degree)
穿透光強度(a.u.)
圖4-5 RM257 薄膜經照射後(I=3.96 W/cm2、T=145 ℃、t=30 min、Λ=30 μm)，不同方位角對應穿透光強度分布曲線圖。
圖4-5 中我們可以確定，RM257 薄膜在經過全像干涉光場照射之後，
會使的內部分子重新配向。加上先前我們判定分子經由照射之後會聚 合成高分子之結果，故我們認為於建設性光場區域內，雖然有部份分 子聚合成高分子之後為散亂排列，但大部分的分子聚合之後仍然有單 一指向的排列。此外，於破壞性光場區域，分子亦會聚合成高分子且 有單一指向的排列。
由於在 145℃照射時會有很好的特性，故本研究會以 145℃為照 射的溫度並做接下來的探討。
4-2 全像干涉干涉光場對 RM257 薄膜的配向
由先一節的探討我們可以知道 RM257 薄膜在經過全像干涉光場 的照射之後，不但會記錄下全像干涉光場內部的干涉訊息之外，更會 對內部分子配向。如圖4-4(a)所示，若要在垂直擺放的偏振片下產生 黑的圖像，則入射之偏振光的偏振狀態在經過 RM257 薄膜後必須維 持不變才行，即入射偏振光只感受到單一的折射率。故 RM257 薄膜 經過照射後，分子導軸向量垂直光前進方向之分量就必須垂直或是平 行入射光的偏振方向。為了判定 RM257 薄膜分子的指向，故我們將 圖 4-4 中照射過的 RM257 薄膜於顯微鏡光強度檢測系統量測傾斜某 依特定的小角度α 後，方位角對應穿透光強的分布曲線，並與水平擺 放的樣品比較，如圖4-6 所示。由圖 4-6 中，當我們將樣品沿著條紋 方向傾角α=1.2° or 1.5°時，所測得之光強度對應方位角分佈如 C、E 曲線。與水平擺放之曲線 A 比較之後，我們可以發現兩曲線近乎相 同。但當將樣品沿垂直條紋方向傾角時，所測得之光強度對應方位角 之分布如B、D 曲線，與無傾角的曲線 A 比較後，於第二片偏光片之 最大漏光量有明顯的減少。這是由於入射偏振光經過樣品時，其相位 延遲量與水平擺放、沿條紋方向傾角情況下都來得小，故光源經過 polarizer 後，入射沿垂直條紋方向傾角之樣品時，於 RM257 薄膜內 會感受到較小的雙折射率。
0
d
4-7(d)。反之，當我們沿著垂直條紋方向傾角度時，入射光所感受到 的雙折射特性明顯減小，如同圖 4-7(c)。所以我們判斷 RM257 薄膜 經由全像干涉光場照射之後，分子指向是垂直條紋。且此現象於不同 的照射條件下之樣品皆可以得到相同的結果。
4-3 不同條件之全像干涉光場對 RM257 薄膜影響
於圖 4-8 中我們發現於此照射條件下，在 30 μm 時我們可以得到 最好的配向，其次為25 μm。且全像干涉光場之干涉週期越偏離 30 μm 時，對於 RM257 薄膜的配向效果就越差。即於此照射參數下，要達 成良好的配向存在有「週期配向窗口」。當我們遠離週期配向窗口時 則無法達到好的配向。此外，我們對經由照射的樣品利用 4-2 節的量 測方法，亦會得到相同的結果。即對於不同的週期而言，RM257 薄 膜內部分子皆垂直干涉條紋排列。
其後我們增加照射強度到 3.4 W/cm2並同先前的條件照射全像干 涉光場，再以顯微鏡光強度檢測系統量測量測不同方位角對穿透光強 度的分布曲線圖，如圖4-9 所示。於此參數中，我們可以得到於 15 μm
0 200 400 600 800 1000 1200
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
方位角(degree)
穿透光強度(a.u.)
10μm 15μm 20μm 25μm 30μm 35μm
圖 4-9 RM257 薄膜經照射後(I=3.4 W/cm2、T=145 ℃、t=30 min、
Λ=10~35 μm)，不同方位角對應穿透光強度分布曲線圖。
時會有最佳的配向，而此即為此照射參數的週期配向窗口。但和前一 批數據較為不同的是，當我們的照射週期持續增加後，於 35 μm 時配 向又會變好，即存在第二個週期配向窗口。關於干涉週期配向窗口的 現象，我們亦可以於更強照射強度下觀測到，如圖 4-10、圖 4-11 所 示。由圖4-10 與圖 4-11 中，我們仍然可以發現到的確有照射窗口的 存在，故我們認為 RM257 薄膜於相同照射條件下，要達成良好的配 向的確有週期配向窗口的存在。
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
方位角(degree)
穿透光強度(a.u.)
10μm 15μm 20μm 25μm 30μm 35μm
圖4-10 RM257 薄膜經照射後(I=3.96 W/cm2、T=145 ℃、t=30 min、
Λ=10~35 μm)，不同方位角對應穿透光強度分布曲線圖。
0 500 1000 1500 2000 2500
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
方位角(degree)
穿透光強度(a.u.)
10μm 15μm 20μm 25μm 30μm 35μm
圖 4-11 RM257 薄膜經照射後(I=4.74 W/cm2、T=145 ℃、t=30 min、
Λ=10~35 μm)，不同方位角對應穿透光強度分布曲線圖。
為了可以清楚的觀測到週期配向窗口與照射強度的關係，我們定 義樣品的亮暗比為方位角45°時的穿透光強度除以方位角 0°時的穿透 光強度。並將上述之樣品以干涉週期對應亮暗比作圖，如圖 4-12 所 示。於圖 4-12 中，我們可以清楚的看到不同照射強度下，以不同干 涉週期照射之樣品的配像情形。除了可以發現配向照射窗口的確存在 之外，我們更可以發現當我們提高照射強度後，週期配向窗口會有提
為了可以清楚的觀測到週期配向窗口與照射強度的關係，我們定 義樣品的亮暗比為方位角45°時的穿透光強度除以方位角 0°時的穿透 光強度。並將上述之樣品以干涉週期對應亮暗比作圖，如圖 4-12 所 示。於圖 4-12 中，我們可以清楚的看到不同照射強度下，以不同干 涉週期照射之樣品的配像情形。除了可以發現配向照射窗口的確存在 之外，我們更可以發現當我們提高照射強度後，週期配向窗口會有提