GEOLA Bayfol® 全息膜│GEOLA HX108│GEOLA HX110│GEOLA HX115│GEOLA HX121│GEOLA HX123│GEOLA HX200 │GEOLA全息膜
GEOLA Bayfol® 全息膜
Color Photopolymer Bayfol®
除了为各类市场供应其他感光材料外，Geola Digital 很高兴提供自显影彩色光敏聚合物 Bayfol® HX 200 胶片，其形式有卷材和片材两种。
还可提供其他 Bayfol® HX 光聚合物等级产品：
Bayfol® HX 200 是一种光敏、自显影型光聚合物薄膜，可用于制作体反射全息图和体透射全息图等形式的相位全息图。
Bayfol® HX 200 可在可见光谱范围（440 nm 至 680 nm）内，使用适当波长的激光进行记录。全息图形成后无需任何后续处理，既无需湿法显影，也无需热处理。
Bayfol® HX 200 由基底、光敏聚合物层和保护膜三层结构组成。基底为三醋酸纤维素（TAC）薄膜，保护膜为聚乙烯（PE）薄膜。保护膜可从光聚合物层上揭除。
该产品可用于制作多种类型的体全息图。
层叠结构示意图
激光脉冲能量密度参考值：
| λ = 633 nm | approx. 15 mJ/cm² |
| λ = 532 nm | approx. 20 mJ/cm² |
| λ = 457 nm | approx. 25 mJ/cm² |
未记录光聚合物薄膜的透射光谱
GEOLA Bayfol®系列 全息膜参数参考
一般性能
| 性能项目 | 数值 | 单位 | 测试方法 / 备注 |
|---|---|---|---|
| 基材典型厚度 | 60 ± 2 | μm | 按 ISO 4593，23°C |
| 光聚合物典型厚度 | 16 ± 2 | μm | 白光干涉仪 |
| 典型覆盖层厚度 | 40 | μm | 按 ISO 4593，23°C |
| 含覆盖膜密度 | 1.15 | g/cm³ | ISO 1183，20°C，方法 C |
光学性能
| 性能项目 | 数值 | 单位 | 测试方法 / 备注 |
|---|---|---|---|
| 透过率（未记录膜，不含覆盖膜） | 见上方光谱 | % | ASTM E 01348 |
| 雾度（UV 泛光固化后²）） | < 2 | % | ASTM D 1003 |
| 基材折射率 nD | 1.485 | — | 棱镜耦合器（Prism coupler） |
| 光聚合物折射率 nD（未记录） | 1.500 | — | 棱镜耦合器 |
| 光聚合物折射率 nD（UV 泛光固化后²）） | 1.505 | — | 棱镜耦合器 |
全息性能：Denisyuk 全息图性能数据³）
| 性能项目 | 数值 | 单位 | 测试方法 / 备注 |
|---|---|---|---|
| 光谱衍射效率 η | > 95 | % | ISO 17901-1；通过零级透射波的透过率测定 |
| 光谱带宽（半峰全宽，FWHM） | ≈ 15 | nm | ISO 17901-1；通过零级透射波的透过率测定 |
| 曝光剂量（达到上述数值所需） | ≈ 30 | mJ/cm² | 记录波长 λ = 532 nm；功率密度 PR = 4.6 mW/cm² |
全息性能：反射全息图性能数据⁴）
| 性能项目 | 数值 | 单位 | 测试方法 / 备注 |
|---|---|---|---|
| 最大折射率调制度 Δn₁ / 记录波长 λ | ISO 17901-2 | — | — |
| λ = 633 nm | > 0.03 | — | — |
| λ = 532 nm | > 0.03 | — | — |
| λ = 457 nm | > 0.03 | — | — |
| 达到上述 Δn₁ 数值所需的典型曝光剂量 | ISO 17901-2 | — | — |
| λ = 633 nm | ≈ 15 | mJ/cm² | 实际施加的总曝光剂量 |
| λ = 532 nm | ≈ 20 | mJ/cm² | 实际施加的总曝光剂量 |
| λ = 457 nm | ≈ 25 | mJ/cm² | 实际施加的总曝光剂量 |
收缩率与光谱偏移
| 性能项目 | 数值 | 单位 | 测试方法 / 备注 |
|---|---|---|---|
| 有效厚度收缩率（记录及 UV 泛光固化后²）） | ≈ 1.4 | % | 反射全息图 |
| 光谱偏移（记录及 UV 泛光固化后²）） | ≈ −8 | nm | Denisyuk 全息图：记录波长与重构波长之间的波长偏差 |
1） 所有数值仅用于提供一般性信息，并不属于产品规格要求。
2） 固化采用汞灯进行。
设备制造商：Hönle
型号：MH-Strahler UV-400 H
固化曝光剂量：约 5,000–10,000 mJ/cm²。
3）全息方法：Denisyuk 全息图
反射全息图采用 Denisyuk 光学结构进行记录，使用扩束后的平面波激光束。物体侧的背面为一面平面镜。该光学结构的示意图见附录。
4）全息方法：反射全息图
按照 ISO 17901-2 标准，采用反射全息图方法测量折射率调制度的幅值。记录过程中使用两束扩束后的平面波激光束。
典型总功率密度：9–23 mW/cm²。
两束激光均为 S 偏振光（s-polarized）。
在空气中的外部入射角分别为：
- 物光（object beam）：−22°
- 参考光（reference beam）：+42°
两束光均相对于法线方向倾斜入射。
曝光剂量曲线以及光学结构示意图见附录。
泛光固化与漂白的一般信息
示例：汞灯固化条件
- 光聚合物层位于基材上，并将其与玻璃进行层压
- 曝光剂量：5,000–10,000 mJ/cm²
- 样品处光强：40 mW/cm²
上述固化及漂白曝光参数仅为推荐值，用于提供工艺参考和指导。
应避免膜材温度过高，特别是超过 60°C，因为高温可能导致基材发生变形
一般操作注意事项
本产品具有感光性。在进行全息曝光之前，如果产品受到光照，可能会导致折射率调制度 Δn₁和衍射效率 η降低，从而影响全息性能。
曝光量可通过我们的**在线曝光计算器（Online Exposure Calculator）**进行计算。
在暗室环境（微弱黄色灯光）下，在不影响全息性能的前提下，产品所能承受的曝光条件示例如下。
| 性能项目 | 数值 | 单位 | 测试/条件说明 |
|---|---|---|---|
| 最大曝光强度 | 2.6 ¹） | µW/cm² | 光聚合物膜已层压，并放置于距离光源 30 cm 处 |
| 最大曝光强度 | 0.8 ²） | µW/cm² | — |
| 最大曝光时间 | 5 ¹） | min | — |
| 最大曝光时间 | 30 ²） | min | — |
储存条件
未记录的光聚合物膜应尽可能储存在产品交付时所使用的原包装密封容器中。
储存温度应保持在 >15°C 且 <25°C，相对湿度（RH）应控制在约 40–60%。
虽然已经记录的膜具有较好的稳定性，但未记录的光聚合物膜应避免受到光照、湿气、高温及异物污染。
安全注意事项
虽然目前没有发现明确的毒性危害，但该光聚合物膜属于尚未完成全面测试的试验性产品。因此，在产品的搬运、操作和使用过程中，应采取必要的安全防护措施。
应避免未记录的光聚合物与皮肤直接接触。操作时应佩戴手套或其他适当的个人防护装备（PPE）。
全息性能的测定
为测定 Bayfol® HX 200 膜的全息性能，制备了以下测试样品：
首先，在暗室条件下，将裁切好的 Bayfol® HX 200 膜上的保护覆盖膜去除。
随后，将膜的光聚合物表面层压到玻璃载玻片或平面镜上。所使用的玻璃载玻片尺寸为：
75 mm × 50 mm × 1 mm
为了促进光聚合物层与玻璃表面或镜面之间形成良好的光学接触，使用软质滚轮施加压力进行层压。
按照上述方法制备的样品，分别采用以下方式进行全息记录：
- Denisyuk 全息记录结构
- 双光束反射全息图记录结构
- 平面波（plane-wave）几何结构
完成全息记录后，等待时间至少为 10 秒，随后使用 UV 灯对样品进行泛光固化（flood cure）和漂白（bleaching），具体条件见前述说明。
最后，根据相应的全息记录几何结构，采用下述相应测试方法对全息图的性能进行测定。
Denisyuk 全息图（平面波 → 平面波）
在这种记录几何结构中，光聚合物膜被层压在**平面前表面镜（front-surface mirror）**上。
记录时，采用**正入射的准直激光束（平面波）**进行曝光。
记录曝光剂量由入射激光功率密度 PRP_R 与曝光时间的乘积确定：
记录曝光剂量 = PR×tP_R \times t
其中：
- PRP_R：入射激光功率密度
- tt：曝光时间
Denisyuk 全息图的记录
记录波长：λ = 532 nm
| λ, nm | PR, mW/cm2 |
| 532 | 4.6 |
Denisyuk 全息图的读取与测量
• 透射和反射光谱仪
• 评估 λreconst. ——“布拉格（Bragg）条件下”的重构波长
• 评估 Tmin ——“布拉格条件下”的最小透过率（2）
• 评估 Rmax ——“布拉格条件下”的最大反射率（3）
为了测定全息图的性能，将已记录的膜样品重新层压到玻璃片上。随后，使用光谱仪（Steag ETA-Optik，ETA-RT）在正入射条件下测量光线通过全息图时的透射光谱和反射光谱。
根据上述光谱，可以提取以下全息性能参数：
- Tmin：最小透过率
- Rmax：最大反射率
- 光谱带宽（FWHM）：半峰全宽
- 光谱偏移（λreconst. − λ）：重构波长与记录波长之间的差值
以下图中给出了此类光谱的一个示例。
双光束反射全息图（平面波到平面波）
在这种记录几何结构中，光聚合物膜被层压到一块玻璃板上（75 mm × 50 mm × 1 mm）。全息记录使用两束相干且准直的激光束（平面波）进行，这两束激光从制备好的样品的两个不同表面分别入射并穿过样品。
两束激光均采用 S 偏振，以最大限度地提高全息记录的干涉对比度（条纹可见度）。
全息记录本身采用的曝光剂量对应于总入射功率密度（PR + PS）与各自曝光时间 t 的乘积。
更详细的条件见下面的两幅图。
比例 （PS / PR）= 1.29 用于补偿光束在样品表面上的投影光束截面积不同，以及由于空气-样品界面的菲涅耳反射所造成的不同损耗，从而使光聚合物层内部的光束功率密度比等于 1。
这再次有助于在全息记录过程中获得最大的条纹可见度。
斜入射反射全息图的记录
- λ = 633 nm、532 nm、457 nm
- S 偏振
| λ, nm | α, ° | β, ° | PR, mW/cm2 | PS/PR |
| 633 | -22 | 42 | 4 | 1.29 |
| 532 | -22 | 42 | 7 | 1.29 |
| 457 | -22 | 42 | 10.5 | 1.29 |
斜入射反射全息图的读取
• λ = 633 nm、532 nm、457 nm
• S 偏振
• 调节 ε 和 δ，以获得最大的衍射效率 η
| λ, nm | α, ° | β, ° |
| 633 | -22 | 42 |
| 532 | -22 | 42 |
| 457 | -22 | 42 |
为了测定全息图的性能，测量已记录全息图的衍射效率 η随旋转角度 α的变化关系（全息膜/玻璃夹层结构安装在旋转台上）。
所得的布拉格曲线 η(α) 根据 Kogelnik 理论*进行分析，以推导出上述所列的性能参数 ηmax、Δn₁ 以及有效厚度收缩率。
有效厚度收缩率通过角度偏移 ε获得。角度偏移 ε 表示记录角度 α 与达到最大衍射效率 ηmax 时的角度之间的偏差。
根据 Kogelnik 理论，在对 Δn₁ 进行拟合时，会将该厚度收缩因素纳入计算。
通过改变记录时间，可以获得不同记录波长下 Δn₁ 的曝光剂量响应曲线，记录波长分别为：
λ = 633 nm、532 nm 和 457 nm。
关于全息性能的一般说明
Bayfol® HX 200 是一种感光、自处理型光聚合物膜，其记录过程基于全息曝光过程中由非均匀光聚合所引起的单体扩散。因此，折射率调制度 Δn₁ 通常取决于由相应全息记录装置产生的记录干涉场的光栅间距。
由于透射全息图的光栅间距大于反射全息图的光栅间距，因此，在相当的总功率密度下进行记录时，透射全息图所能达到的折射率调制度 Δn₁ 小于反射全息图。
在曝光剂量保持不变的情况下，通过使用较低的功率密度 PR 和 PS，可以提高透射全息图的折射率调制度 Δn₁，但代价是需要更长的曝光时间 t。
Bayfol® HX 200 膜中的光聚合反应属于自由基光聚合，可能受到氧气的抑制，例如受到溶解在光聚合物层中的氧气的抑制。因此，只有当曝光剂量超过某一特定的最小曝光剂量时，才能检测到明显的折射率调制度 Δn₁。
这种抑制剂量是用于消耗原先溶解在光聚合物层中的全部氧气所必需的剂量。也可以通过采用适当的非相干预曝光来克服这种抑制剂量。
当功率密度 PR + PS 显著降低，并因此导致照射时间大幅延长时，可以观察到折射率调制度 Δn₁ 的降低。
这是由于在曝光期间，溶解在基材中的氧气发生扩散，或者氧气通过基材渗透进入光聚合物层所导致的。这些额外进入的氧气会进一步降低自由基光聚合反应的转化率，从而导致较小的 Δn₁ 数值。
此外，在上述记录几何结构中，所能达到的折射率调制度 Δn₁ 还会受到**信号光束与参考光束功率密度之比（光束比，beam ratio）**的影响。
当光聚合物层内部的光束比等于 1 时，可以获得最大的 Δn₁。
外部功率密度比 （PS / PR） 必须进行适当调整，使得由于不同的入射角以及样品表面不同的菲涅耳反射损耗所产生的影响得到补偿，从而使光聚合物层内部的光束比等于 1。
