Способ получения стационарных голограмм

 

Изобретение относится к области голографии и может быть использовано для регистрации оптической информации и изготовления голографических элементов , работающих в видимой и ИК-областях спектра. Цель изобретения - повьшение значения дифракционной эффективности при сохранении высоких значений чувствительности голограмм. Тонкопленочный металлический материал , нанесенный на подложку,помещают в область пересечения когерентных световых пучков и в местах интерференционных максимумов при записи голограмм удаляют его до подложки, выполненной диэлектрической, после чего увеличивают глубину рельефа голограммы путем электролитического осаждения металла. 2 ил. г ш

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) И)4СОЗН 1 18

Г !"" f

1 !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ь (21) 4283142/31-25 ( (22) 13.07.87 (46) 30.01.89, Бюл, М 4 (71) Институт физики АН УССР (72) И.И. Пешко и А.В. Савчук (53) 772.99(088.8) (56) Беляков Л.Б. Запись голограмм на металле методом фотохимического травления.-Письма в ИТФ, 1983, 9, вып. 8, с. 471-473.

Комар A.Ï. Голографические решетки на тонкой металлической пленке.-Оптика и спектроскопия, 1967, 23, вып. 5, с. 827-828. (54) СПОСОБ ПО)!УЧЕНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ

ГОЛОГРАММ (57) Изобретение относится к области

Изобретение относится к голографии и может быть использовано для регистрации оптической информации и изготовления голографических элемен5 тов, работающих в видимой и ИК-областях спектра.

Цель изобретения — увеличение дифракционной эффективности при сохранении высоких значений чувствительности

На фиг. 1 (кривые 1 и 2) показаны расчетные зависимости чувствительности и дифракционной эффективности голограмм от толщины тонкопленочной реги- 15 стрирующей среды; на фиг. 2 — экспериментальная зависимость дифракционной эффективности голограммы от толщины пленки при обработке гологолографии и может быть использовано для регистрации оптической информации и изготовления голографических элементов, работающих в видимой и ИК-областях спектра. Цель изобретения повышение значения дифракционной эффективности при сохранении высоких значений чувствительности голограмм .

Тонкопленочный металлический материал, нанесенный на подложку, помещают в область пересечения когерентных световых пучков и B местах интерференционных максимумов при записи голограмм удаляют его до подложки, выполненной диэлектрической, после чего увеличивают глубину рельефа голограммы путем электролитического осаждения металла. 2 ил. граммы методом электролитического осаждения.

Способ получения голограмм состоит из двух стадий — записи голограммы и ее обработки. Запись стационарной голограммы производится по обычной двухлучевой схеме излучением импульсного лазера на тонкой металлической пленке, нанесенной на диэлектрическую подложку, причем в местах интерференционных максимумов записанной решетки пленка полностью удаляется с подложки. Это достигается при пороговых значениях энергии записи, которые определяют максимальную чувствительность ппенки. Толщину ее выбирают исходя из условия обеспечения максимальной чувствительности к записи. з

IIIpH этом значения дифракционной эффективности из-за малой толщины плен)ки составляют десятые доли процента.

Затем образец с записанной голограммой помещают в электролитическую ванну и

В процессе электролиза происходит (()саждение металла на неудаленные частки пленки. Это осуществляется ри условии, что все штрихи голограм- 10

ы электрически замкнуты. В тех месах, где пленка удалена до диэлектриеской подложки, электролитического )саждения металла не происходит. Та им образом, в результате наращивания штрихов решетки глубина рельефа величивается до величины, при котоой достигаются максимально возмож е значения дифракционной эффективости. Следовательно, достигается уве- )и ичение дифракционной эффективности

1.олограммы до 10-15% при пороговых лотностях энергий записи.

Для реализации предлагаемого спооба следует учесть, что параметры 25 аписи стационарных рельефных голо рамм, полученных на тонкопленочных егистрирующих средах, существенным бразом зависят от теплофиэических и )птических свойств среды. Чувстви гельность регистрирующей среды.в дан ом случае определяется минимальной оглощенной в пленке энергией, приодящей к нагреву среды, испарению ещества и образованию. рельефной

1.олографической решетки, при этом тленка в местах интерференционных максимумов удаляется до подложки. освещенных участках пленки (при отсутствии отражения от пленки) поГлощенная энергия определяется разйостью падающей на пленку энергии и прошедшей через слой толщиной и энергией Е Е д

Eö Eî E0e E î(1

При этом максимальная чувствительность пленки при d O определяется

Из условия:

1455335

Из равенства dn/dd=O получают зависимость дифракционнои эффективности от толщины пленки, определяемую условием

2k

con (kd(n-I ) + — (и-I )sin(kd(n-1))

=ехр (- — ) .

Из расчетной зависимости дифракционной эффективности от толщины для реальных параметров тонкопленочных материалов (Фиг. 1, кривая 2) видно, что ), а„ наблюдается для определенных тол(1ин, причем резко снижается для пленок с малой d

Таким образом, максимальные значения чувствительности и дифракци5 онной эффективности голограмм достигаются при существенно разных толщинах пленок ° Поэтому двухэтапной обработкой (запись — электролитическое осаждение) можно достигнуть

12(с11Т+()

50 где с—

Q 6Т нсп

Т о тепло емкос ть; плотность; коэффициент поглощения пленки; скрытая теплота испарения;

Та 1 температура испарения вещест. ва пленки; начальная температура.

Из расчетных зависимостей чувствительности от толщины пленки (фиг.1 кривая 1) видно, что наибольшей чувствительностью обладают пленки минимально возможной толщины. Дифракционная эффективность голограммы является также функцией толщины и, как показывают расчеты, имеет некоторые максимальные значения, зависящие от оптических параметров пленки.

Для периодической решетки с прямоугольным профилем штриха дифракционная эффективность амплитудно-фазовой решетки определяется отношением:

bn

3=—

41о

1 (, ni)x 1

Ъп= — с sin dx+ — ) с sin (11 1 пах 2(с -с,)

1 ()n (2 — 1 .=,2-, о с = I 1-11(д

bn — коэффициент разложения в ряд Фурье функции вида: с, — 1 х 0 (с Ocxil, I0 — интенсивность падающего на пленку света; к — волновой вектор;

n — порядок дифракции;

l — период решетки.

Для первого порядка дифракции (n=1 ) (I+1 -2 cos(kd(n-l))), 55335 6 по мере нарастания слоя золота и составляют 10%. Таким образом, достигается увеличение дифракционной

5 эффективности в 20 раз при сохранении минимальных плотностей энергии записи стационарных голограмм.

Использование предлагаемого способа получения стационарных голограмм обеспечивает по сравнению с прототипом увеличение значений дифракционной эффективности в три раза при пороговых значениях плотностей энергии записи. Кроме того, значительно снижаются эиергозатраты при записи:.

g,Ф сарж Ы

5 14 одновременного выполнения обоих условий.

Пример. Излучение рубиновогс лазера с длиной волны =0,69 мкм с модулированной добротностью (длительность импульса " 40 нс) направляется на светоделитель, на котором оно расщепляется на два пучка примерно равной интенсивности, которые на-, правляются на регистрирующий материал. В качестве регистрирующего материала используется пленка золота толщиной 10 нм и площадью 5 см

Пленки получают методом вакуумного

-Ф напыления золота при давлении 10 Па на стеклянные подложки. Запись голограмм осуществляется в результате воздействия излучения на пленку золота. При этом за счет локального нагрева вещество пленки испаряется до подложки, изменяется ее толщина и записывается рельефная голографическая решетка с максимально возможной дифракционной эффективностью. Из-за незначительной толщины. пленки значения дифракционной эффективности малы

0,5%, пороговые значения плотности энергии записи, представляющие собой чувствительность пленки, составляют

-1 10 Дж/см . Затем голограмму помещают в электролитическую ванну и методом электролитического осаждения увеличивают ее толщину. Расстояние между электродами 3 см, напряжение

2,8 В. Дифракционную эффективность измеряют с помощью гелий-неонового лазера фотоэлектрическим методом.

Из фиг. 2 видно, что значения дифракционной эффективности увеличиваются

Формула изобретения

20 Способ получения стационарных голограмм, заключающийся в помещении тонкопленочного металлического материала, нанесенного на диэлектрическую подложку, в область пересече2я ния когерентных световых пучков, в результате чего пленка удаляется до подложки, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью увеличения дифракционной эффективности, глубину 0 рельефа.голограммы увеличивают путем электролитического осаждения металла до толщины d определяемой из условия

2х . 1а

oLd 2

co s х + — sin х=ехр (- — ), где x=kd(n-1);

n — - показатель преломления материала пленки; волновой вектор считывающего голограмму излучения.

02 Р р Об, мам

l455335

Составитель Е. Дорофеева

Редактор Л. 11чолинская Техред М.Ходанич Корректор И. Муска

Заказ 7455/54

Тираж 412

11одписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1il3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4