Side-chain azo-dye polymer에서 surface relief grating의 제작

Abstract

We studied the surface relief grating on side-chain azo-dye polymer thin films. The azo-dye molecule undergoes photoisomerization within its absorption band. Lloyd's interferometry was adopted to create a surface relief grating. When the interference pattern was written on the polymer, film refractive grating as well as relief grating was formed. We introduced the gradient force model to explain this phenomenon. Gradient force of the optical field interacts with the dipole moment of molecule, and then mass trans- port occurs. The mechanism depends on both the spatial variation of the intensity and polarization state of incident light beam. The wavelength and incidence angle of incident beam affect the spatial period of surface relief gratings. It is found that the grating height depends on both the polarization state and the intensity of the incidence beam in addition to the exposure time. The surface relief grating was found to be writerble and rewriterble.;흡수영역의 빛을 받으면 광이성질화를 겪는 곁사슬 azo-dye물질인 Poly(DRI-MMA)위에 표면부조격자를 생성하였다. Lloyd'mirror간섭계로 간섭무늬를 만들어서 시료에 조사하여 간섭무늬를 기록하였다. 이 때 간섭무늬의 모양에 따라 물질은 굴절률의 차이만 나타내는 것이 아니라 공간적인 부조(surface relief)를 나타낸다. 이 현상은 빛의 조사에 따라 고분자 사슬이 이동하여 발생한다. 고분자 사슬을 움직이는 힘을 우리는 gradient force모델을 도입하여 설명할 수 있다. 빛의 조사에 의한 전기장의 gradient와 물질내의 전기 쌍극자와의 상호작용에 의해 질량수송이 가능하게 된다. 아울러 빛의 세기와 입사 빛의 편광상태의 공간적인 변화에도 의존한다. 광학장의 공간적인 변화에 의한 광가소화 과정 물질을 비 등방적으로 만들어 표면의 이동을 주도한다. 회절격자의 주기는 Lloyd's mirror 간섭계의 간섭원리에 따른다. Lloyd's' mirror의 간섭무늬는 바로 시료에 입사하는 빛과, 거울에 반사된 빛이 만드는 간섭무늬로서 경로차의 반파장배에서 밝은 무늬를 만든다. 이를 이용하면 입사하는 빛의 파장과 시료에 입사하는 각을 변화시키면 회절무늬의 주기가 변화된다. 회절무늬의 높이는 gradient force model에서 예측한 대로 빛의 편광방향, 빛의 세기에 관계되며 노광시간도 역시 높이에 영향을 준다. 시료의 특성상 온도에 영향을 받아서 유리전이 온도 이상에서는 생성된 격자가 지워진다. 수명도 있기 때문에 시간이 지나면 높이가 낮아진다. 그러나 극화전압을 인가하면 높이가 높아지는데, 극화전압을 인가할 때에는 유리전이 온도 이상에서 효과적이다. 또한 이 물질은 기록한 정보 위에 새로운 정보를 기록할 수 있는데, 이 때 새로운 정보 때문에 기존의 정보가 지워지지 않고, 기록된 모든 정보를 다시 읽을 수 있다. 또 유리전이온도 이상에서 지운 시료에는 다시 새로운 기록도 가능하다. 본 연구에서는 표면부조격자가 생성되는 원리와 격자의 조건에 영향을 미치는 요인을 분석할 수 있었다. AFM방법과 회절무늬 관측 법으로 격자의 생성여부와 격자의 주기, 격자의 높이를 측정하였다. 회절무늬 관측 법으로 격자의 정보를 읽을 때에는 물질의 흡수가 적은 영역의 빛을 사용한다.