Материалы для голографических пленок

Регистрация голограмм может быть реализована на целом ряде веществ, в которых происходят различные физические процессы при взаимодействии с лазерным излучением. Наиболее часто используются следующие материалы: аморфные полупроводники, термопластические материалы, магнитные пленки, окислы ванадия, фотохромные материалы, сегнетоэлектрические фотопроводники.

Первые голограммы создавались на обычных фотоносителях, допускавших только однократную запись.

Фотографическая эмульсия. Принцип записи информации основан на трех последовательных химических реакциях, в результате которых кристаллы галоида серебра преобразуются в металлическое серебро. Недостаток – многоэтапная химическая обработка.

Бихромированная желатина. Можно использовать для толстых голограмм. Отличаются высоким разрешением, малым поглощением и слабым рассеянием света. Состав из коллоидных растворов: желатин, альбумин, поливиниловый спирт, бихроматы аммония, Na, K. Изменения, происходящие в поле экспозиции двух типов: изменение толщины слоя и изменение показателя преломления.

Фотохромные материалы (фтористый кальций, титанат кальция, титанат стронция, легированные редкоземельными металлами.) используется для толстых голограмм. Фотохромные материалы отличаются от рассмотренных выше реверсивностью, т.е. способностью многократно записывать и стирать информацию и не требует никакой химической обработки. Характеризуется полным отсутствием зернистости, что важно для получения высокого разрешения.

В настоящее время наиболее интенсивно исследуются и используются аморфные полупроводники, в частности, халькогенидные полупроводниковые стекла, технология изготовления которых проста и дешева. К ним относятся соединения, содержащие один или несколько халькогенов - сера, селен и теллур. При их взаимодействии с кремнием, германием, висмутом, мышьяком создаются разнообразные аморфные системы - халькогенидные стекла, характеризующиеся тем, что лазерное излучение влияет на их оптические, электрические и структурные параметры.

Копирование голограмм

Иногда бывает необходимо получить копию голограммы или размножить ее. Копии могут потребоваться для архивных или коммерческих целей, для научных исследований (когда объект имеет слишком короткое время жизни). Есть два основных типа копирования - контактное или почти контактное и копирование при восстановлении.

Копирование методом контактной печати более легкое и предпочтительно при массовом производстве реплик. В идеальном случае отпечатанную контактным способом реплику голограммы получают как контактный отпечаток с обычного фотообъекта. Голограмма-оригинал прикладывается вплотную к фотоматериалу и засвечивается однородным освещением. Обращение контраста при обработке не влияет на вид изображения. Существенный недостаток: одновременно будут восстанавливаться два изображения - действительное и мнимое.

Предпочтителен другой метод копирования, когда восстанавливают с голограммы изображение и используют его в качестве объекта для записи новой голограммы. Используемая на практике схема копирования позволяет приблизить изображение к голограмме и даже вынести его вперед, расположив частично или полностью перед ней (рисунок 12.4).

Голограмма-оригинал 5 освещается пучком света, прямо противоположным опорному при получении голограммы-оригинала. Дифрагированный пучок формирует в пространстве действительное изображение объекта 6. Воспроизводимое изображение имеет обратный рельеф (псевдоскопично). Опорный пучок для записи отражательной голограммы-копии падает на фотопластинку с обратной стороны. Последняя перемещается относительно восстановленного с голограммы-оригинала изображения, при этом можно разместить и записать сюжетно важную часть объекта 6 плоскости голограммы-копии, обеспечивая максимальную резкость при восстановлении.

Рисунок 12.4 - Получение отражательной копии с отражательного оригинала:

1 - лазер, 2 - полупрозрачное зеркало, 3 - расширяющая линза, 4-объектив,

5 – отражающая голограмма-оригинал, 6 – изображение объекта, 7 – зеркало,

8 – расширяющая линза, 9 – объектив, 10 – голограмма-копия

При восстановлении изображения с копии голограммы сопряженный пучок дает полный эффект наблюдения реального объекта, поскольку теперь нет "окна" между наблюдателем и объектом.

В ряде случаев целесообразно иметь голограмму-оригинал пропускающую, а копированием получать с нее отражательные голограммы (рисунок 12.5). Это оправдано, когда объект живой или достаточно велик. Восстановленный с пропускающей голограммы 5 пучок строит действительное изображение 6 перед голограммой-копией 10, с другой стороны на нее падает опорный пучок. При восстановлении изображения с голограммы-копии за счет двукратного обращения именно действительное изображение ортоскопично.

Рисунок 12.5 - Получение отражательной копии с пропускающего оригинала:

1 - лазер, 2 - полупрозрачное зеркало, 3 - расширяющая линза, 4 - объектив, 5 – пропускающая голограмма-оригинал, 6 – изображение объекта, 7 – зеркало,

8 – расширяющая линза, 9 – объектив, 10 – голограмма-копия

При копировании с пропускающей голограммы можно использовать несколько меньшую фотопластинку, так как при освещении не образуется тени. При копировании с отражательной голограммы образуются тени от рамы и края стекла, и часть пластинки голограммы-копии оказывается нерабочей.

Радужная голография

В 1969 году Бентон, сотрудник фирмы "Polaroid Corporation" предложил свой способ копирования голограмм, с последующим восстановлением копии полихроматическим светом (рисунок 12.6). Это двухступенчатый процесс. На первом этапе записывается просветная голограмма во внеосевой схеме. Это голограмма служит оригиналом (мастер-голограмма) и восстанавливается сопряженным лазерным пучком с получением действительного изображения. В непосредственной близости от области локализации этого изображения устанавливается светочувствительный материал, на котором регистрируется голограмма-копия. Особенность данного процесса, позволяющая свести к минимуму смещение цветов при восстановлении белым светом, состоит в отсутствии вертикального параллакса, для чего на голограмму Н1, записанную на первом этапе, накладывают диафрагму в виде горизонтальной щели, и уже действительное изображение, спроецированное щелевой диафрагмой, используется для регистрации второй голограммы.

Рисунок 12.6 - Схема записи (а) и восстановления (б) радужной голограммы

То есть на фотопластинке H2 регистрируется голограмма сфокусированного изображения. При освещении голограммы источником расходящегося освещения наблюдают изображение, причем источник освещения может быть неточечным и полихроматическим. Каждая спектральная компонента излучения за счет дисперсии голограммы-решетки строит смещенное по вертикали изображение щелевой диафрагмы 1, 2 и 3, которая служит окном наблюдения изображения в одном цвете, соответствующем данной спектральной компоненте. Если глаза наблюдателя расположены горизонтально (параллельно щели), то он видит объемное изображение (со всеми его свойствами) в одном цвете, а при смещении глаз по вертикали цвет изображения меняется по радуге (поэтому и "радужная"), но изображение остается резким. Наблюдается разделение, а не смешение цветов в вертикальном направлении, поскольку каждое окрашенное изображение - результат раздельного восстановления информации, содержащейся в узкой щели. Наибольшая резкость имеет место для точек изображения, лежащих в непосредственной близости от голограммы, точки же, находящиеся на некотором расстоянии от голограммы, будут относительно нерезкими.

Реально же размер щели может быть больше рассчитанного в 2-3 раза.

Если для восстановления щелевой голограммы взять цилиндрическую линзу, позволяющую использовать весь восстанавливающий пучок, а для улучшения дифракционной эффективности применить отбеливание, то при освещении голограммы источником белого света можно наблюдать очень яркое изображение.