ПРИКЛАДНАЯ ГОЛОГРАФИЯ Лекция 9 Регистрирующие среды для голографии (продолжение)

Презентация рефератов гр – – – Холл гр – – – Холл гр – – Холл

Принципы конструирования объемных регистрирующих сред: принцип композиционной структуры, принцип дисперсионной рефракции, принцип диффузионного усиления. Примеры реализации Разработки ГОИ в области объемных регистрирующих сред для голографии

Конструирование регистрирующих сред для голографии Принцип дисперсионной рефракции – фотохромные материалы с фотохимическим отбеливанием. Принцип диффузионного усиления – полимерные материалы с усилением скрытого изображения за счет диффузионной релаксации противофазных структур.

Принцип дисперсионной рефракции - создание фотохромных материалов с фотохимическим отбеливанием – впервые был предложен в 1978 году советскими физиками В.И.Сухановым и Г.И.Лашковым (сотрудниками Государственного Оптического Института им.С.И.Вавилова) и применен при создании полимерного светочувствительного материала «Реоксан». Суть принципа сводится к тому, что светочувствительное вещество имеет полосу поглощения в видимой области спектра – под действием регистрирующего излучения инициируются химические реакции, приводящие к сдвигу полосы поглощения в более коротковолновую (ближний ультрафиолет) область спектра за счет образования фотопродукта. Таким образом, происходит «фотохимическое отбеливание» материала в видимой области спектра и появление полосы поглощения в ближнем ультрафиолете, что в соответствии с фундаментальными соотношениями Крамерса-Кронига приводит к изменению показателя преломления в видимой области спектра. Изменение «рефракции» материала (изменение его показателя преломления) под действием регистрирующего излучения и является основным способом формирования структуры голограммы.

Спектры поглощения фенантренхинона и фотопродукта в полимерной матрице 1 – фенантренхинон; 2 - фотопродукт

Источники излучения для работы с материалом на основе ФХ λ Спектр поглощения ФХ,нм

Изменение оптических параметров среды, обусловленное наличием частиц - модельные частицы - частицы фотопродукта

1.запись "скрытого изображения": фотохимическое присоединение фенантренхинона ФХ к полимерным цепям полимерная среда с диффузионным усилением (проявлением) 2.проявление: диффузионное перемешивание непрореагировавшего ФХ 3.фиксирование/отбеливание: фотоприсоединение остатков ФХ

Принципы конструирования объемных регистрирующих сред: принцип композиционной структуры, принцип дисперсионной рефракции, принцип диффузионного усиления. Примеры реализации Разработки ГОИ в области объемных регистрирующих сред для голографии

Примеры реализации реоксан полимерная среда с диффузионным усилением капиллярные композиты фототерморефрактивное стекло аддитивно окрашенный флюорит

Требования к регистрирующим средам толщина светочувствительного слоя 10 2 – 10 4 мкм разрешающая способность > 6000 мм -1 высокая долговременная стабильность оптических и механических параметров длительное хранение и недеструктивное считывание голограмм энергетическая чувствительность не хуже 1 Дж/см 2 высокая прозрачность

3.фиксирование: выход кислорода 1.очувствление материала: насыщение кислородом 2.запись голограммы S 1 + h S 1 * S 3 * S 3 * + O 2 3 S 1 + O 2 1 * A + O 2 1 * AO 2 Запись голограмм на реоксане

Реоксан: фотоиндуцированная рефракция

реоксан с постэкспозиционным отбеливанием 1.насыщение материала кислородом 2.запись голограммы 3.удаление кислорода 4.фотообесцвечивание красителя- сенсибилизатора

реоксан с физическим проявлением 1.запись скрытого изображения S cis + h C S trans 2.насыщение кислородом 3.фотопроявление равномерной засветкой S trans + h T + O 2 3 S trans + O 2 1 * A + O 2 1 * AO 2 4.выход кислорода

1.запись "скрытого изображения": фотохимическое присоединение фенантренхинона ФХ к полимерным цепям полимерная среда с диффузионным усилением (проявлением) 2.проявление: диффузионное перемешивание непрореагировавшего ФХ 3.фиксирование/отбеливание: фотоприсоединение остатков ФХ

сравнительные характеристики голограмм в полимерных средах материал, нм E, Дж/см 2 n max d, мкм обработка предэкспозици- онная постэкспозици- онная реоксан 440 – – 1.52× – 10 3 насыщение кислородом дегазация реоксан с физическим проявлением 440 – 600~0.12× – 10 3 нет насыщение кислородом засветка дегазация материал с диффузионным проявлением 480 – – 1.55× – 10 4 нет термо- обработка при 50-70ºС, засветка

голограммы в пористом стекле экспонирование проявление, фиксирование травление удаление оболочек

фототерморефрактивное стекло 1.образование центров агрегации 2.агрегация, образование центров кристаллизации 3.образование микрокристаллов Ce 4+ облучение 325 нм Ce 3+ e Ag + Ag o T = 400°C (Ag o ) n Ag o Na + F-F- T = 520 o C (Ag o ) n NaF 3 2 1

формирование голограмм в кристаллах флюорита 1.фотоионизация простых центров окраски 2.диффузия вакансий и электронов в узлы интер- ференционной картины 3.образование высокоагреги- рованных (коллоидных) центров

спектральные характеристики голограмм в кристаллах флюорита D – оптическая плотность, дифракционная эффективность, R - рефракция (расчет)

сравнительные характеристики голограмм в неорганических средах материал, нм E, Дж/см 2 n max d, мкм T °C обработка капиллярные композиты – – ºС проявление, травление фототермо- рефрактивное стекло ºС термо- обработка аддитивно окрашенный флюорит ~ 15× – ºС запись при повышенной температуре

заключение Предложен ряд нетрадиционных подходов к созданию регистрирующих сред, возможности которых далеко не исчерпаны Созданы полимерные, неорганические и микрогетеро- генные толстослойные регистрирующие материалы, обеспечивающие долговременную эксплуатацию трех- мерных голограмм Спектр предложенных материалов позволяет успешно осуществлять разработку разнообразных практических приложений голографии

Динамические регистрирующие среды Регистрирующая среда динамическая – инициированные световым воздействием изменения параметров регистрирующей среды происходят непосредственно в процессе записи информации (под воздействием излучения). Различают: регистрирующая среда динамическая с нелокальным откликом (фоторефрактивная) – пространственное распределение фотоиндуцированного показателя преломления при записи синусоидальной интерференционной картины сдвинуто по фазе по отношению к распределению интенсивности в регистрируемой интерференционной картине; регистрирующая среда динамическая с локальным откликом (фоторефрактивная) – пространственное распределение фотоиндуцированного показателя преломления при записи синусоидальной интерференционной картины синфазно или противофазно распределению интенсивности в регистрируемой интерференционной картине.

Динамическая голограмма

Динамические среды (с локальным и нелокальным откликом) сдвиговая трехмерная голограмма Нестационарный энергообмен

Фоторефрактивные динамические среды При экспонировании изменяется показатель преломления n. Фоторефрактивные кристаллы: ниобат лития (LiNbO 3 ); ниобат лития* (LiNbO 3 :F); танталат лития (LiTaO 3 ); силикат висмута (Bi 12 SiO 20 ); германат висмута (Bi 12 GeO 20 ). Динамические среды с бистабильными примесными центрами – кристалы фторида кадмия (CdF 2 )

Литература 1.Суханов В.И.Регистрирующие среды для голографии. В кн.: Физическая энциклопедия, т.4, с , Барачевский В.А. Светочувствительные регистрирующие среды: применение в голографии. В кн.: Юрий Николаевич Денисюк – основоположник современной голографии. Сб.трудов, СПб, 2007, с D лазерные информационные технологии. Отв.ред.Твердохлеб П.Е., Новосибирск, Андреева О.В., Бандюк О.В.. Парамонов А.А. и др. Высокоэффективные мультиплексные голограммы на полимерном материале «Диффен»//Оптич.журнал, 2006, Т.73,9, С Суханов В.И., Вениаминов А.В., Рыскин А.И., Никоноров Н.В. Разработки ГОИ в области объемных регистрирующих сред для голографии. В кн.: Юрий Николаевич Денисюк – основоположник современной голографии. Сб.трудов, СПб, 2007, с Суханов В.И. Трехмерные глубокие голограммы и материалы для их записи//Оптич. журн С Рябова Р.В. и др. Наноматериалы для голографии Российского научного центра «Курчатовский Институт». В кн.: Юрий Николаевич Денисюк – основоположник современной голографии. Сб.трудов, СПб, 2007, с Ворзобова Н.Д. Галогенсеребряные материалы для голографической записи импульсным излучением. В кн.: Юрий Николаевич Денисюк – основоположник современной голографии. Сб.трудов, СПб, 2007, с

ПРИКЛАДНАЯ ГОЛОГРАФИЯ лектор: О.В. Андреева лекция 10 Анализ свойств голограмм

Анализ свойств голограмм включает рассмотрение этапов: характер распределения интенсивности в регистрируемой интерференционной картине фотоотклик среды на воздействие излучения анализ дифракции на зарегистрированной структуре

Влияние толщины регистрирующей среды на свойства голограмм T < d количество порядков селективность

Теоретический критерий степени объемности для голограмм Параметр Клейна Q = 2 T/(nd2) - длина волны излучения, Т - толщина голограммы, d - пространственный период n - средний показатель преломления голограммы. При Q>10 голограмму принято считать трехмерной. Высокоселективные голограммы имеют Q>1000.

Голограммы-решетки Плоские (двумерные, 2D-) решетки: Q

Голограммы сложных волновых полей Кроссмодуляционная структура голограммы – структура, обусловленная взаимодействием парциальных составляющих пространственного спектра разных волн, формирующих интерференционную структуру. Интермодуляционная структура голограммы – структура, обусловленная суммарным эффектом, полученным от вклада каждой из волн, формирующих интерференционную структуру, обусловленного взаимодействием парциальных составляющих пространственного спектра каждой волны, участвующей в образовании структуры голограммы. Другими словами, интермодуляционная структура голограммы обусловлена спекловой структурой волн, формирующих голограмму.

36 Hologram structure and Diffraction HoloExpo-2008 S1S1 S2S2 S3S3 K 1,2 K 2,3 K 1,3 Evald sphere S 1, S 2, S 3 – wavevectors of plane components of the recorded wave K m,n – grating vectors K 1,2 S2S2 S1S1 K 1,3 S3S3 S2S2 S2 1,3 K 2,3 S1S1 S1 2,3 K 1,2 S3S3 S3 1,2 Diffraction on own gratings generate an reconstruction of the recorded wave Diffraction on strange gratings generate an noise wave having wave vectors of plane components differing from the recorded wave vectors

Классификация голограмм сложных волновых полей Классификация голограмм по соотношению толщины и периода (среднего) интерференционной структуры– теоретически обоснованная классификация, сформированная русской школой голографии (Сидорович В.Г., Зельдович Б.Я.), на основе которой применительно к данной конкретной ситуации может быть использовано соответствующее аналитическое описание.

HoloExpo Object complicated wave Volume Hologram or 3D - Hologram

Классификация голограмм сложных волновых полей Плоские голограммы (двумерные голограммы, 2D- голограммы ): все парциальные составляющие пространственной частоты регистрируемой интерференционной картины удовлетворяют условию Q10.

HoloExpo Hologram classification Thicklayer hologram. Theory – Local Kogelnicks theory Thin hologram (or 2D-hologam/ Theory – Fressnel- Kirgoff Integral Volume hologram (or 3D hologram). Mode theory Speckle-mode theory Spatial-frequency version

Анализ свойств двумерных голограмм Математический аппарат, разработанный для традиционных (плоских) дифракционных решеток, (полученных, например, методом нанесения штрихов на гладкую поверхность) применим и для теоретического анализа плоских (двумерных) голограмм.

Анализ свойств двумерных голограмм Амплитудные голограммы: Фазовые голограммы: