Este trabajo presenta los resultados obtenidos después de almacenar redes holográficas por transmisión con una frecuencia espacial de 2663 líneas/mm, en un material basado en PVA/AA. A la composición del material se le ha incorporado un agente acortador de cadenas para mejorar su resolución espacial. Además, se ha aplicado un proceso de curado a las redes almacenadas para fijar el rendimiento en difracción y que no disminuya con el paso del tiempo.Este trabajo ha sido subvencionado por el Ministerio de Economía y Competitividad (proyectos FIS2011-29803-C02-01 y FIS2011-29803-C02-02), por la Generalitat Valenciana (proyecto PROMETEO/2011/021) y por la Universidad de Alicante (proyecto GRE09-10)

Beléndez, Augusto

Fernandez-Varo, Helena

Fuentes Rosillo, Rosa

Ortuño, Manuel

Pascual, Inmaculada

Influencia del ACPA en la resolución y estabilidad de redes holográficas almacenadas en fotopolímeros basados en PVA/Acrilamida

RUa Reposity University of Alicante

X RNOX  Reunión Nacional de ÓpticaZaragoza, 4 - 7 de septiembre 2012Influencia del ACPA en la resolución y estabilidad de redes holográficas almacenadas en fotopolímeros basados en PVA/Acrilamida E.Fernández1,3, R.Fuentes1,3, M.Ortuño2,3, A.Beléndez2,3, I.Pascual1,3 1 Dep. Óptica, Farmacología y Anatomía, Universidad de Alicante, Ap.Correos 99, E-03080 Alicante  2 Dep. Física, Ing. Sistemas y Tª Señal, Universidad de Alicante, Ap.Correos 99, E-03080 Alicante  3 Instituto Universitario de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías, Universidad de Alicante, Ap.Correos 99, E-03080 Alicante elena.fernandez@ua.es Resumen: Este trabajo presenta los resultados obtenidos después de almacenar redes holográficas por transmisión con una frecuencia espacial de  2663 líneas/mm, en un material basado en PVA/AA. A la composición del material se le ha incorporado un agente acortador de cadenas para mejorar su resolución espacial. Además, se ha aplicado un proceso de curado a las redes almacenadas para fijar el rendimiento en difracción y que no disminuya con el paso del tiempo.   1. Introducción E n la ú l t ima década , la holografía ha adqu ir ido una gran impor tancia gracias a que se han podido crear disposi t ivos capaces de a lmacenar información no sólo en la superficie del mater ia l , como ocur re con los D V D ’s y C D ’s, si no en todo su volumen , aumen tando así la capacidad de a lmacenamien to. E mpresas como B ayer M ater ia lScience e InPhase [1,2], que son pioneras en este campo, se un ieron para crear T apest ry T M , el pr imer protot ipo de sistema de a lmacenamien to holográfico ópt ico que está siendo u t i l izado por empresas l íderes y es capaz de a lmacenar desde 200 Gbytes a 1,6 Tby tes en un disco de 130 mm de diámetro.  U n elemen to fundamental de estos disposi t ivos es el mater ia l de regist ro donde se a lmacena la información . G rupos de invest igación de todo el mundo u t i l izan todos sus esfuerzos en obtener un mater ia l adecuado para este propósi to [3-5]. Es impor tan te consegu ir un mater ia l con una a l ta modu lación de índice de refr acción y una a l ta sensibi l idad energét ica con una buena cal idad ópt ica . Y  más recien temen te se está buscando que los mater ia les tengan una a l ta resolución [6,7].  E l mater ia l en el que se van a a lmacenar las redes es un mater ia l basado en P V A-Acr i lamida . Este mater ia l es capaz de a lmacenar redes de difr acción con rendimien tos cercanos a l 100% para frecuencias espacia les de unas 1000 l íneas/mm . Sin embargo, cuando t r abaja con frecuencias mayores ya no es capaz de resolver las produciendo un descenso en el rendimien to. Por este mot ivo, se va a modificar la composición estándar de un fotopol ímero basado en P V A-Acr i lamida in troduciendo un agen te acor tador de cadenas, en concreto el 4,4´-azobis(4-cyanopen tanoic acid) (A C P A) que permite incremen tar la resolución del fotopol ímero y aumen tar así el rendimien to en difr acción de las redes de difr acción que se a lmacenen en él . E n concreto, se van a a lmacenar redes de difr acción de 2663 l íneas/mm en dos t ipos de fotopol ímeros basados en P V A/A A , uno que no con tenga A C P A y el ot ro que sí con tenga A C P A . De esta manera se podrá anal izar su influencia en las redes a lmacenadas comparando su rendimien to en difr acción . Además, es impor tan te que la información que se a lmacene en el mater ia l perdure con el t iempo. Para el lo, después de a lmacenar las, las redes se someterán a un proceso de curado que el imine el coloran te sobran te parando así las reacciones den tro del mater ia l y ev i tando que el rendimien to en difr acción (R D) disminuya con el t iempo.  417 VOLVER AL ÍNDICE2. Desar rollo exper imental 2.1. Preparación del mater ial Los hologramas están a lmacenados en un fotopol ímero basado en P V A/Acr i lamida . L a composición estándar de este mater ia l con t iene acr i lamida (A A) que actúa como monómero, t r ietanolamina (T E A) que actúa como generador de r adica les, pol i (a lcohol v in í l ico) (P V A) que actúa como matr iz pol imér ica y eosina amar i l len ta (E A) que actúa como in iciador . E n la T abla 1 se muestra las concen traciones de los componen tes de este mater ia l (Composición 1). Además, para mejorar la resolución espacia l del mater ia l , a l a composición estándar se le añade el A C P A , que actúa como acortador de cadenas. L as concen traciones usadas de los componen tes de este mater ia l se muestran en la T abla 1 (Composición 2).  Para la obtención de estos dos ma ter ia les con las composiciones de la T abla 1, se mezclaron todos los componen tes de la disolución , se deposi taron sobre una placa de v idr io que hace de sopor te, y se dejó secar aprox imadamente 24h a una temperatu ra T = 20ºC y humedad rela t iva H R = 40% para obtener capas con un espesor de unos 70 ?m . T abla 1. Concent raciones de la composición de fotopol ímero empleada.  Composición 1 Composición 2 Pol i (a lcohol vin í lico) (P V A) 8.26% m/v 8.26% m/v Acr i lamida (A A) 0.44M 0.44M T r ietanolamina (T E A) 0.20M 0.20M Eosina amar il len ta (E A) 2.4x10-4M 2.4x10-4M 4,4´-Azobis(4-cyanopentanoic acid) (A C P A) ----- 0.015M  2.2. Montaje holográfico E n la F igu ra 1 se ha represen tado un esquema del disposi t ivo exper imen ta l . E l láser u t i l izado en la etapa de regist ro es un láser N d:Y V O4 (Coheren t Verdi V2) que emite un haz de luz con una longi tud de onda de 532 nm , a la cual es sensible el mater ia l . E l l áser  u t i l izado en la etapa de reconstrucción es un láser de H e-N e de 633 nm , longi tud de onda a la cual el mater ia l no es sensible.   F igura 1. D isposit ivo holográfico. Mi: espejos, BS: divisor de haz , L i: len tes, S F i: conjunto de f i l t ro espacia l y objet ivo de microscopio, D i: diafragmas, Ri: r adiómet ros.  E n la etapa de regist ro se hacen in terfer ir dos haces, el haz objeto y el haz de referencia formando un ángu lo ? con la normal para formar el holograma , que en este caso es una red de difr acción , ya que los dos haces se pueden considerar ondas planas. Para el lo, el haz emit ido por el láser se div ide en dos median te un div isor de haz , se hacen pasar por un objet ivo de microscopio y un pinhole, para expandir y fi l t r a r el haz y se pasan por una ser ie  418 VOLVER AL ÍNDICEde len tes y diafr agmas para col imar los y hacer que tengan el diámetro deseado. Por ú l t imo, median te una ser ie de espejos se dir igen los haces para que incidan , con el ángu lo deseado sobre el mater ia l de regist ro donde finalmen te in terfieren . Para consegu ir la frecuencia espacia l de 2663 l íneas/mm el va lor del ángu lo de regist ro es 45.1º y el de reconstrucción 57.4º. 3. Resultados Después de ajustar el mon taje exper imen ta l , se regist r aron redes de difr acción con 2663l íneas/mm en pel ícu las de fotopol ímero con las composiciones de la T abla 1. L a ún ica diferencia en t re estas dos composiciones es que a la composición 2 se le ha añadido un agen te acor tador de cadenas, el A C P A , para in ten tar mejorar la resolución del mater ia l . Además, t r as a lmacenar las redes, se somet ieron a un proceso de cu rado con el fin de fi ja r el rendimien to en difr acción. Como se ha mencionado en la sección 2.1., uno de los componen tes del fotopol ímero es un coloran te, la eosina amar i l len ta , que es la encargada de absorber los fotones de luz , in iciando así la reacción de fotopol imer ización . Después de grabar la red aun no se ha consumido todo el colorante del fotopol ímero, por lo que con t inua la reacción pero de una manera no con trolada , dest ruyéndose la información a lmacenada y obten iéndose un D E =0 % al cabo de 24 horas. U na manera de ev i tar esa reacción no con trolada es el iminando el coloran te sobran te después del proceso de grabación . Para el lo, una vez regist r adas las redes se decidió someter las a un proceso de curado con el cual el iminar el coloran te.  E l inst rumen to que se u t i l izó para el proceso de curado fue un Túnel de cu rado A k t ipr in t-M Compact U V . Este inst rumen to emite radiación u l t r av ioleta con una potencia de 500 W . D uran te el per iodo de t iempo en el que le l lega la r adiación U V el coloran te es el iminado, deten iendo así las reacciones de fotopol imer ización y ev i tando la pérdida de información . E n la figura 2a se ha represen tado el RD fren te a l ángu lo de reconstrucción para una red a lmacenada con una exposición de 125 mJ/cm2 en una placa de fotopol ímero sin A C P A (composición 1). L a exposición es aquel la con la que se obtuvo el máx imo R D . Se ha represen tado el R D después de grabar la red y an tes de someter la a l proceso de curado. E l R D obten ido es de 47% (círcu los negros). Justo después de someter la a l proceso de cu rado se volv ió a medir la red a lcanzándose ahora un RD =35% (cuadrados rojos). Y  a l cabo de 24h de haber regist r ado la red y haber la somet ido a l proceso de curado se vuelve a medir el RD consigu iéndose un 25% (tr iángu los azu les) y a las 48h el R D obten ido fue de nuevo de un 25% (rombos verdes).  020406080100-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0Ángulo (º)RD(%)Sin Curado Curado Curado+24h Curado+48h020406080100-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0Ángulo (º)RD(%)Sin Curado Curado Curado+24h Curado+48hF igura 2: RD frente a l ángulo de una red de difracción con una frecuencia espacia l de 2663l íneas/mm a) sin A C P A , b) con A C P A . E l proceso de curado cal ien ta el mater ia l donde está a lmacenada la red y debido a que con t iene una matr iz h idrófi la el ca len tamien to evapora par te del agua que con t iene modificándolo. Por tan to, después del cu rado, hasta que el mater ia l no se enfr ía no se puede  419 VOLVER AL ÍNDICEconocer el R D fina l que va a tener la red. Por este mot ivo el R D que se midió justo después del cu rado disminuye a las 24h , porque el mater ial aun no había a lcanzado el pun to de estabi l idad a l estar ca l ien te. Sin embargo, a las 24h el mater ia l ya ha a lcanzado la estabi l idad y , por tan to, a l medir el R D 48h después éste permanece constan te. Este ca len tamien to también produce un l igero giro de los planos de B ragg ya que los picos de difr acción a las 24h y 48h (figu ra 2a) aparecen desplazados 0.25º con respecto a l ángu lo de B ragg que estar ía cen trado en el 0 de la gráfica.  E n la figu ra 2b se muestra el R D de una red a lmacenada en una placa con A C P A (composición 2) y con una exposición de 155 mJ/cm2. E l R D obten ido an tes del cu rado en este caso es un 65% (círcu los negros), después del cu rado R D =50% (cuadrados rojos), y a l cabo de 24h (t r iángu los azu les) y de 48h (rombos verdes) el RD se man t iene constan te con un valor de R D =39%.  A l in t roducir el A C P A la resolución del mater ia l ha mejorado, obten iéndose un R D super ior que sin A C P A , dado que el R D aumenta de un 47% sin A C P A a un 65% con A C P A . E l fotopol ímero sin A C P A t iene más dificu l tades para resolver redes con esta frecuencia espacia l , hecho que se t r aduce en un RD bajo. A l incorporar le el A C P A , la resolución del mater ia l aumen ta obten iéndose un R D considerablemen te mayor . Por tan to, el A C P A mejora la resolución del mater ia l que lo incorpore en su composición . Con respecto a la estabi l idad de la red, con A C P A (figura 2b) ocu rre el mismo proceso que sin A C P A . Debido a l curado el mater ia l sufre un calen tamien to y hasta que el mater ia l no se enfr ía por completo el R D disminuye, pero una vez que ya está fr ío (a las 24h) e l mater ia l se estabi l iz a y su R D se queda constan te. Por tan to, para ambas composiciones el proceso de curado estabi l iza el compor tamien to de la red fi jando su RD una vez que el mater ia l se ha enfr iado.  Agradecimientos Este t r abajo ha sido subvencionado por el M in ister io de C iencia e Innovación (proyectos F IS2011-29803-C 02-01 y F IS2011-29803-C02-02), por la General i ta t V alenciana (proyecto PR O M E T E O /2011/021) y por la U n iversidad de A l ican te (proyecto G R E 09-10). Bibliografía  [1]  L . D har , K . C u r t is, and T . F äcke, " Holograph ic data storage: Coming of age, "  N at . Phot ., 2, p. 403 (2008).  [2]  D . G raham-Rowe, " T he dr ive for holography , "  N at . Phot ., 1, p. 197 (2007).  [3]  V . A . 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