光致聚合物的形变对全息传感性能的影响

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传感器是人们日常生产和生活中的一种重要测量装置。近年来,光致聚合物作为一种很有吸引力的全息传感材料和光学元件受到了广泛的关注。全息传感器是一种新型传感器,其工作原理是在光致聚合物等介质中记录体光栅。当外界条件发生变化时将导致全息光学性质发生相应的变化,包括条纹空间、折射率调制、全息光栅平均折射率等,使光栅衍射谱峰值波长和衍射效率发生改变,定标光栅光学参量变化与外界条件改变量之间的关系即可实现全息传感。本文主要研究光致聚合物的形变对全息传感性能的影响。研制了一种基于柔性衬底的丙烯酰胺光致聚合物全息传感器并探究其弯曲变形的特性。利用体光栅衍射谱分析了三种重要的变形类型:单侧弯曲变形、双侧弯曲变形和双侧弯曲矫直变形。在传感单侧弯曲变形时,给出了用扩展和非扩展光源读取光栅的对比传感实验结果。两种检测方法几乎没有区别。最大位置灵敏度高达54.09 nm/mm,平均角度灵敏度为22.42 nm/deg。在传感双侧弯曲变形时,作为读取光的非扩展光源可以提供更准确的测量结果和更高的灵敏度。灵敏度最高可达43.95 nm/mm(峰值波长/曲率半径)。在对材料矫直前的初始双侧弯曲进行表征时,彩虹衍射谱可以有效地反映弯曲变形。在研究全息传感器弯曲形变的同时,还利用可拉伸的无衬底丙烯酰胺光致聚合物研制出全息传感器并研究了其拉伸变形的空间均匀性。对以大面积全息光栅为主要响应参数的衍射谱分布进行了扫描。峰值波长的线性空间分布为研究聚合物全息传感器的拉伸均匀性提供了重要的基础。同样的波长与位置之比证实了材料的拉伸变形在小的光斑尺寸内是均匀的。在材料的整个长度范围内,拉伸变形均匀性的主要特征是逐渐增加的变形累积。该拉伸均匀性响应可用于检测薄材料表面中部的变形和应力波动分布。利用光学方法对材料的拉伸变形均匀性进行了测试,进一步证实了以可拉伸聚合物为基础的全息传感器的应用。
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