Способ обработки отражательных голограмм

 

Изобретение относится к оптической голографии. Сущность: при обработке отражательных голограмм, записанных на незадубленном слое бихромированной желатины, набухание желатины осуществляют в водном растворе спирта с концентрацией α об. % , удовлетворяющей соотношению 35< α< 55. 2 табл.

Изобретение относится к оптической голографии и может быть использовано для создания полихромных голограммных зеркал (ГЗ) для спектрозональных фотометров, а также для решения задач монохроматизации светового излучения, снижения цветового искажения при использовании ГЗ в качестве дисплеев в системах визуальной индикации и т. д.

В настоящее время актуальной технической задачей является получение ГЗ с высокой угловой и спектральной селективностью, близкой к расчетной, с дифракционной эффективностью (ДЭ) более 80% , низким уровнем световых потерь при высоких значениях светочувствительности регистрирующей среды. Такие зеркала необходимы, например, для установки в экологических осмических системах, для отображения информации с цветных мониторов и т. д.

В голографии известны способы получения спектрально селективных голограммных зеркал с использованием задубленных слоев бихромированной желатины (БХЖ).

Известне способ обработки голограммы на задубленных слоях бихромированной желатины (БХЖ ДС) [1] .

Обработка голограмм производится с использованием режима, включающего обработку в проявляющем водном растворе с рН = 4,7 или 8,2, обезвоживание последовательно в 50- и 100% -ных растворах изопропилового спирта. Такой режим обработки позволяет получать ГЗ на слое толщиной 10 мкм с дифракционной эффективностью 78-90% и полушириной полосы отражения ( Δλ_0,5) 18-26 нм.

Однако такой способ, как и все другие технологии, основанные на задубленных слоях БХЖ, не позволяет получать высокие значения светочувствительности, многостадиен и отработан только на слоях БХЖ ДС толщиной 10 мкм.

Поэтому мы обратились к технологии получения ГЗ на мягких или незадубленных слоях БХЖ. Эта технология содержит меньшее количество операций и обеспечивает наиболее высокие значения светочувствительности БХЖ. Однако проблема послеэкспозиционной обработки толстых слоев и здлесь весьма актуальна.

В качестве прототипа выбран способ обработки ГЗ на незадубленных слоях БХЖ [2] .

По этому способу слои БХЖ готовились формованием из 7% -ного водного раствора желатины, содержащего 3% бихромата аммония (БХА) от веса желатины. Толщина слоев составляла 10-12 мкм.

Слои после экспонирования интерференционным полем излучения с длиной волны 514,5 нм проявлялись водой (5 мин), затем обезвоживались последовательным купанием в 50- и 100% -ных растворах изопропилового спирта при комнатной температуре.

В результате такого способа обработки получены ГЗ с дифракционной эффективностью более 80% при светочувствительности 20 см²Дж^-1 с полушириной 20 нм, оцененной по графическим материалам [1] .

Как известно, при заданном высоком уровне ДЭ повысить спектральную селективность ГЗ можно, используя слои с большей толщиной. Однако с увеличением толщины слоя возникает проблема однородной проработки слоя по глубине.

Обработка голограмм с большей толщиной слоя по способу-прототипу не приводит к ожидаемому результату (значению Δλ_0,5). Этот способ хотя и дает голограмму с высоким значением светочувствительности и дифракционной эффективности, однако не позволяет получать узкополосные голограммные зеркала.

Целью изобретения является повышение спектральной селективности ГЗ.

Цель достигается тем, что в способе обработки голограммы, включающем набухание и сушку, набухание осуществляется в водном растворе спирта с концентрацией α (об. % ), найденной из соотношения 35 < α < 55.

В табл. 1 приведен выбор граничных значений концентрации водного раствора изопропилового спирта для проведения стадии набухания для слоя толщлиной 40 мкм. Оценка велась по зачению полуширины полосы пропускания ( Δλ _0,5). В табл. 1 приведены средние значения параметров из серии проведенных экспериментов, отклонение от среднего значения по Δλ _0,5составляло не более 10% .

Работа способа описана на голограмме, записанной на длине волны 488 нм по методу Денисюка при экспозиции 10 и 15 мДжсм^-2. Экспонированный слой незадубленной БХЖ проявлялся в водном растворе изопропилового спирта, обезвоживался в спирте, затем сушился и защищался от воздействия атмосферной влаги.

Измерение светотехнических характеристик проводилось на спектрофотометре СФ-20.

Как видно из результатов, приведеных в табл. 1, с ростом содержания изопропилового спирта в проявляющей ванне происходит повышение спектральной селективности до значения концентрации 55 об. % , начиная с которой наблюдается падение светочувствительности слоя. При этом значительный эффект снижения значений наблюдается, начиная с α = 35 об. % .

Аналогичный результат был получен нами и на другой толщине слоя ≈10 мкм (см. табл. 2).

Такая методика обработки голограмм была проведена с вариациями продолжительности обработки в обезвоживающих ваннах: при равных различных временах, при двух- и одноступенчатом обезвоживании, при регистрации голограммы излучением других длин волн: 457 и 514,5 нм, на свежесинтезированных и длительно хранившихся ( ≈ 2 лет) БХЖ слоях.

Во всех перечисленных примерах наблюдается стойкая тенденция к увеличению спектральной селективности при выбранном составе проявляющей ванны.

На нашем предприятии было обработано заявленным способом более 650 голограмм.

П р и м е р 1. На подложку из фотостекла наносили способом формования слои 7% -ного водного раствора желатины, содержащего 3% бихромата аммония к весу сухой желатины, толщиной 840 мкм при температуре 46^оС, студенили 1,5 ч при температуре 7-10^оС, сушили и старили (3-5 сут) при комантных условиях, экспонировали излучением аргонового лазера (ЛГН-503) на длине волны 488 нм при оптимальной экспозиции 10 мДжcм^-2. Проявляли в 50 об. % водном растворе изопропилового спирта до вымывания бихромата аммония, обезвоживали 100% -ным изопропиловым спиртом в течение 20 мин при температуре 16^оС, прогревали в течение 1 ч при 100^оС, защищали покровным стеклом. Все операции до сушки проводили при неактиничном освещении.

Измеряли характеристики полученных ГЗ: Δλ_0,5 = 5,5 нм; λ_мин= 550 нм; T_мин = 15% , Т⁵⁵⁰_фона= 93% .

П р и м е р 2. Технология получения и обработки слоя БХЖ, как и в примере 1. Экспонируется материал излучением аргонового лазера на длине волны 514,5 нм. Оптимальная экспозиция 40 мДжсм^-2.

Характеристики ГЗ: Δλ = 4 нм, λ _мин = 500 нм, Т⁵⁰⁰_мин = 15% ; Т⁵⁰⁰_фон = 94 % П р и м е р 3. Технология получения и бобработки слоя БХЖ, как и в примере 1. Экспонируется материал излучением аргонового лазера на длине волны 457 нм. Оптимальная экспозиция 8 мДжсм^-1.

Характеристики ГЗ: Δλ = 3,8 нм; λ _мин= = 470 нм, Т_мин = 18% , Т⁴⁸⁰_фон = 95% .

П р и м е р 4. Технология получения и обработки слоя БХЖ, как и в примере 1. Слой хранился до записи в холодильнике около двух лет. Экспонируется излучением того же лазера на длине волны 488 нм. Оптимальная экспозиция ≈ 40 мДжсм^-2.

Характеристики ГЗ: Δλ = 5 нм; λ _мин = 545 нм; Т_мин = 18% ; Т⁵⁴⁵_фон = 94% .

Таким образом, заявленный способ обработки голограмм благодаря новому найденному режиму проявления позволил значителььно повысить спектральную селективность ГЗ, пропускание вне зоны отражения при сохранении на высоком уровне светочувствительности и дифрационной эффективности (≥ 80% ). (56) 1. Курсакова А. И. и др. Параметры структуры отражательных голограмм на бихромированной желатине при различной обработке. Оптика и спектроскопия, 1990, т. 69, вып. 4, с. 909-913.

2. Кузилин Ю. Е. Структурные превращения в слоях бихромированной желатины при протекании процессов, моделирующих формирование голографической структуры. Оптика и спектроскопия, 1988, т. 65, вып. 3, с. 672-676.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ГОЛОГРАММ, записанных на незадубленных слоях бихромированной желатины, включающий набухание и сушку в спирте, отличающийся тем, что, с целью повышения спектральной селективности и пропускания вне зоны отражения голограммы, набухание осуществляют в водном растворе спирта с концентрацией α (об. % ), удовлетворяющей условию 35 < α < 55.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2