Способ регистрации двумерной оптической информации и регистрирующая среда для его осуществления

 

Изобретение относится к регистрации , записи и визуализации изображения и может быть использовано в научной фотографии и технике. Излучение , несущее информацию, проецируют на регистрирующую среду с фазовым переходом из сверхпроводящего в несверхпроводящее состояние я подложки из неферромагнитного и несверхпроводящего материала, причем фото активный слой выполнен в виде отдельных колец. На указанную среду перед проецированием излучения действуют постоянным магнитным полем, направленным перпендикулярно или под углом к поверхности среды и превышающим по величине критическое магнитное поле для материала этой среды при рабочей температуре. Наблюдают за изменением намагниченности среды. Фото активный слой выполнен из свинца, подложка из галлий-гадолинового граната. Светочувствительность при записи в лучах СОл-лазера возрастает в 100 раз, достигая 10 Джм , динамический диапазон увеличивается от 1,3-10 до . 2 с.п,ф-лы, 1 з.п.ф-лы, 4 ил. I и

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) Ai (51)5 0 03 С 5/16,. « ;(1," 1 й, ».

1 .". -«»; 1 » --:; 1 и t

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

По ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4637265 /10 ! (22) 13.01.89 (46) 15.01.91, Бюл. ¹ 2 (7,1) Физико-технический институт

:им. А.Ф.Иоффе (72) А;И. Бейнгер, Л. Г. Парицкий и А, С. Хейфец (53) 77). 75 (088, 8) (.56 ) Бугаев А, А., 3 ахарченя Б, П,, Чудновский А.A. ФТИРОС - новый. материал для эмульсионной голографии.

Ленингр ад: ЛДНТП, 19 7 6, с ° 29 ° (54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ДВУМЕРНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И РЕГИСТРИРУ10ЩАЯ СРЕДА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к регистрации, записи и визуализации изображения и может быть использовано в йаучной фотографии и технике. Излучение, несущее информаци!о, проецируют на регистрирующую среду с фазовым, 1 Изобретение относится к регистрации записи и визуализации изображения, . в частности к способам регистрации двумерной оптической информации и

* Э регистрирующим средам для их осуществлейия, и может быть использовано в научной фотографии и технике.

Цель изобретения — повышение светочувствительности и расширение динамического диапазона, Предлагаемый способ основан на нагревании фотоактивного материала ре гистрируемым электромагнитным излуЧЕнием и на явлении эахват.а магнит2 переходом из сверхпроводящего в не.сверхпроводящее состояние и подложим из неферромагнитного и несверхпроводящего материала„причем фото активньй слой выполнен в виде отдельных колец. На указ а!и!ую среду перед проециров ание м излучения действуют по стоянным магнитным полем, направленным перпендикулярно пли под углом к поверхности среды и превышающим по в еличине критическое магнитное поле для материала этой среды при рабочей температуре, Наблюдают эа изменением намагниченности среды. Фото активный слой выполнен пз свинца, подложка иэ галлий-гадолинового граната.

Светочувствптельность при з а!п!сп в лучах СО -лазера возрастает в 100 раэ, — -z достигая 10 Дж м, динамический диапазон увеличивается от 1, 3 10 до

z.

10 Дж. м ° 2 се паф-лы, 1 3 ° пе ф-лы, 4 ил. ! ного потока полым сверхпроводником или II рода.

Экспериментально установлено, что захваченный критический магнитный поI

ТоК является черезвычаино чувствительным к нагреву сверхпроводника, Неболь. шой нагрев приводит к тому, что магнитное поле в полости становится больше критического, Мейснеровский ток, протекающий по внутренней поверхности сверхпроводника,начинает превышать критическую величину и становится диссипативным, что приводит к рас. сеянию энергии магнитного поля и

1620982 уменьшению его величины до критического значения, соответствующего увеличившейся температуре., Рассеяние энергии не йриводит к дальнейшему увеличению температуры,- т,к, при этом увеличивается теплоемкость сверхпроводник а.

Благодаря особенностям установления критического состояния полый сверхпроводник с захвачен IbIM магнитным потокрм является элементом,чувствительным к изменению температуры

Ф! lI и запоминающим" максимальную температуру или интенсивность падающего на него излучения, т. е. позволяющим регистрировать распределе ше интен —. сивности излучения, спроецированного на его поверхность (оптическую инфор мацию ), 20

В качестве регистрирующей среды предлагается использовать материал, имеющий фаз овый переход из сверхпроводящего в несверхпроводящее состояние, Ф 25

Воздействие на регистрирующую среду перед проецированием излучения магнитным полем необходимо для того, чтобы в процессе проецирования излу чения установилось критическое значе- g0 ние магнитного поля, соответствующее темпер атур е, полученной в р езульт ате воздействия этого излучения на регистрирующую среду.

Магнитное поле должно быть постоянным, т,к. в сверхпроводнике возможен захват только такого поля, Переменное магнитное поле в полом сверхпроводнике быстро исчезнет за счет диссипативных процессов. 40

Поскольку происходит захват только перпендикулярной поверхности регистрирующей среды составляющей магнитного поля, магнитное поле должно быть направлено перпендикулярно по- 4 верхности регистрирующей среды или под углом к ней. Воздействие указанным магнитным полем должно произ водиться перед проецированием излучения, т. к. именно этот процесс произ-50 водит."очувствление" регистрирующей среды, Величина магнитного поля должна превышать критическую, т.к, только в этом случае может произойти проникновение магнитного поля в полый сверхпроводник и его последующий зах1 ват, Выбор качества характеристики данной среды ее намагниченности обусловлен зависимостью этой характеристики от интенсивности регистрируемого.излучения.

Вся совокупность перечисленных выше признаков приводит к тому, что становится возможной р евер сивная р егистрация двумерной оптической информации путем изменения магнитного поля, захваченного сверх полупроводником при воздействии электромагнитного излучения, При этом чувствительность повы-2. шается до О, 1 Дж ° м ., динамический диапазон расширяется до 1О Дж м, коли-2 чество циклов регистрации становится неограниченным, т, к. при переходе из сверхпровоцящего состояния в нормальное и обратно никаких изменений в кристаллической решетке не происходит, поэтому сверхпроводник не разрушается, Несверхпроводящпй материал подложки повзоляет захватывать магнитный поток в полости сверхпроводящего фотоактивного слоя, Неферромагнитный материал подложки. препятствует искажениям захваченного магнитного поля, что позволяет ему меняться в соответствии с изменением температуры, Фотоактивный сверхпроводящий слой выполнен в виде колец. Это необходимо для того, чтобы создать совокупность полых сверхпроводящих элементов, каждый из которых способен независимо изменять величину захваченного .магнитного потока при воздействии электромагнитного излучения.

Кольца должны быть несоприкасающимися во избежание пересечения магнитных пбтоков от отдельных колец и искажения в результате этого регистрируемой информации, Вся совокупность перечисленных признаков приводит к тому, что регистрирующая среда становится фоточувствительной, причем с ее помощью становится возможной регистрация двумерной оптической информации.

На фиг. 1 изображено устройство, в котором реализуется предлагаемый способ с помощью предлагаемой регистрирующей среды; HB фиг. 2, 3 — регистрирующая среда; на фиг. 4 — результаты испытаний предлагаемой регистрирующей среды, На фиг. 1 приняты следующие обозначения: 1 — регистрирующая среда,.

2 — держатель регистрирующей среды, охлаждаемый прокачкой жидкого или

1620982 газообразного гелия, 3 — вакуумированная камера, 4 — окно для видимого и регистрируемого излучения, S — катушки, создающие магнитное поле, 6 направляющее зеркало для регистрируемого излучения, 7 — источник регистрируемого излучения.

На фиг. 3. приняты следующие обозначения: 8 — слой из фотаактивного

Сверкпровадящега материала в виде колец; 9 — подложка из несверхпра водящего и неферромагнитнага материала.

На .фиг, 4 приняты следующие обозначения: 10 — зависимость угла поворота плоскости поляризации света, ограженного от регистрирующей среды, ат интенсивности регистрируемого электромагнитного излуче!(ия при температуре подложки б К, 1! — та же зависимость при темпер атуре подло>кки

6,5 К.

Предлагаемый способ реатптзуется следующим образом.

На регистрирующую среду 1, укреп-. ленную на охлаждаемам держателе 2. и помещенную в вакуумира.ванную камеру

3, после охлаждения падается магнитное поле, создаваемое пропусканием тока через катушки 5. После снятия магнитного поля на регистриру!ощую среду 1 через окно 4 и !!апра!зля!ощее зеркало 6 ат источника 7 подается электромагнитное излучение, которое несет инфармацию. Излу че>п(е на гр евает регистриру>ощую среду и создает па нем рельеф магнитного поля, который может быть визуализирован известными способами, Назначение элементов регистрирующей среды следующее:- слой 8 иэ фотоактивного сверхпроводящего материала в виде колец необходим для распределения магнитного потока, создаваемого;,внешним магнитным полем после его исчезновения и для фиксации изменения распределения магнитного потока в результате воздействия эле ктрамагнитного излучения, подложка 9 необходима для создания механической прочности всей среды.

Регистрирующая среда работает следующим образом.

При подаче на среду магнитного поля напряженностью больше критической происходит захват поля каждым сверхпроводящим кольцом из слоя 8. После снятия магнитного поля на каждом коль це сохраняется магнитное поле, равное

2.0

45 за распределегп>ем плотности мелкого ферромагнитного парашка, наносимого

Hd поверхность рог!остр>>рующей с )er>11 после экспо!!!!ра>>аппп, непасредстпсн-!

toe счит!1па!и!е распреде Ieiiilя маг>1итных полей магнитной гак!О>)каГ! с. Iloc леду!ощим за>!Омт!1!а>тпем е го 3!)!! и 1«>спроиз веде>птсм на экране дисплея, перенос распре IeJt(ltltn магttttTrtlt>(палей па магнитную ленту ка!ш актам послед— ней с регистрирующей сред(и и последующим считыванием ра(.npe>te>rerrtt>r магнитной головкой, наблюдение за поворотом 1>паскастп lloJIilpltv;llllili пласкаполяризава!и!Ога ьч!д!!мага OH(.ò;) npii ilpo хаждсв!!и е о чар с.> маг 1птаакт!п>пае ие!цест па, в котором угол па>;арoòv плОскОст11 !!О.пяри:1 !цип з lвпси о i маг нитного па>!я.

В прил!ере реп и!.)ации пспс льзапан послед!п(й etio co ) 1!аблюдс }It t B v Q пз и(пенис>! магшш нага поля регпстрирующей среды, поскольку ап не требует сложных да>>ал>к!талыш>х мехаппчсскпх устройств считыватьия.

В качестве сверхпроводящего материала при реатптзацип регистр!1руемай среды использован свинец, который имеет достаточна высаку!о температуру сверхпроводящего перехода 1,7„2 К),. приемпемае значе>пте критического магнитного поля (800 Гс) и резку.а завиСИМОСТЬ ВЕЛИ(!Итоз! К!)ИТИЧЕСКО1 а М;1Гнитного поля от температуры вблизи температуры фазового псрсхада (акала

200 Гс/К), В качестне подложки пспальзавали пластины из галлии †гадалиниеваго граната талщпнаи 0,5 мм, на каторые бь>тт нанесен тонкий слой (!О мкм) висмутсадержап;ега (!)ерраграната. Йоследтптй обладает магнита активв ностью и используется в качестве визу— алиэатора распределетптя магнитного паля в проСтранственна-вре!!ептп(х модуляторахх света, Образ ец имел мак сималт— критическому для используемого сверхпроводника при рабочей температуре, на регистрирующую среду направляю)т то излучение, которое необходима з арегистриравать; спустя время, необходимое для нагревания сверхправадя!цих элементов, излу четпте выключ ак)т. Па распреде>тению намагниченности судят

10 о распределении интенсивности зарегистрированнага излучения.

Наблюдение измене!п!я хар акте!) !1стик регистрирующей среды ваэмажп() различны(!н спосабамп, например набл!одепие

1620982

30

55 ную намагниченность 250 Гс, поворот плоскости поляризации в таком поле

COCYBBHJ1 5

Двухслойная подложка необходима только для использованного способа наблюдения за изменением захваченно-. го поля, В других случаях подложка .регистрируицей среды выполняется однослойной из неферромагнитного и несверхпровадящего материала.

На подложку со стороны феррограната наносится свинец в виде отдельных . колец. Нанесение производилось следующим образом, Подложку помещали в вакуумную камеру, производили

-/

" откачку да остаточного давления 10 мм

Hg и покрытие наносили распылением из . горячего тигля при температуре тигля

1300 С в течение 15 гжн. 8 результате на подложке образовывался слой свинца толщиной 1 0» 1 2 мкма

Дальнейшее формирование сверхпроводящих колец производили методом фотолитографии. Слой свинца покрывали фоторезистом, наю "резист проектировали фотошаблон с изображением колец, после экспонирования фотарезист смы-. вали с незасвеченных мест, а незащищенный фоторезистам свинец стравливали в слабой соляной кислоте.

Размеры. колец: диаметр 0,8 мм, ширина каждого кольца 0,2 мм, расстояние между соседними кольцами 0,2 мм.

Размер фоточувствительного наля окало 1 см". Для лучшего отражения об, ратную сторону подложки покрывали тонким слоем алюминия.

Использовали установку представ> ленную на фиг. 1. Регистрирующая сре- 4 да 1 была изготовлена по технологии, описанной выше. Держатель 2 среды был самодельным и представлял собой камеру, через которую прокачивали жидкий или газообразный гелий. B результате прокачки поверхность держателя охлаждалась вплоть до 5 К. Температура поддерживалась постоянной с помощью специальной регулирующей системы, включающей термопару, измеряющуЮ температуру прокачиваемаго гелия в камере, печку, подогревающую этот гелий, и управляющее устройство (не показаны), С помощью этой системы могла задаваться любая температура от 4,2 до 300 К и поддерживаться с точностью О, 1 К. К держателю с помощью пружинных прижимов крепилась регистрирующая среда. Специальные измерения показали, что температура на поверхности среды превышает температуру стенок не более чем на 0,2 К, Держатель с регистрирующей средой помещали в вакуумированную камеру 3, которая создавалась внЕшними стенками сосуда Дьюара, в одну из .которых было вделано оптическое окно 4. из

НаС1. Камеру помещали между двумя катушками 5, способными создавать в месте нахождения регистрирующей среды магнитное поле напряженностью до

500 Э, В качестве источника оптической информации использовали импульсный

СО -лазер 7, излучение которого через ослабляющие калиброванные фильтры и направляющее зеркало 6 направляли на регистрирующую среду. Контраст излучения создавали перекрытием луча, Визуализацию оптической информации производили с помощью источника видимого излучения, в качестве которого использовали лазер ЛГ-56. Лазер дает поляризованное излучение, поэтому отпадает надобность в использовании поляризатора, Отраженный от регистрирующей среды свет через анализатор напр авляет ся к наблюдателю.

Испытания проводили следующим образом.

На охлажденную да 6 К регистрирующую среду 1 подавали импульс магнитного поля пропусканием через катушки 5 импульса тока, Напряженность магнитного тока в максимуме саставляла около 500 Э, это гораздо больше критического поля для свинца при 6 К (около 250 Э). В результате каждое кольцо захватывало магнитный поток, создающий вблизи кольца магнитное поле напряженностью около 250 Э, что регистрировалось па повороту плоскости поляризации видимого света. Для

Этого включали источник видимого света и фиксировали поворот плоскости поляризации после воздействия магнитного поля на регистрирующую среду.

После этого анализатор ставили в такое положение, чтобы era поле каэалось темным, и на регистрирующую среду направляли импульс излучения CO ,лазера, анализ атор поворачивали до тех пор, пока ега поле вновь не становилось те мным, Определяли з ависимость угла поворота анализатора от интенсивности падающего излучения

СО -лазера. Она представлена на

1620982

15. фиг. 3 для двух температур охлликдения регистрирующей среды, Видно, что максимальная чувствительность способа составляет около 10 Дж/м что

5 существенно превьппает чувствительность прототипа (10 Дж/м ). Динамический диапазон, как видно на фиг.3, составляет около 10 Дж/м > в то вре5 мя как в способе-прототипе 1,3 Ц

>>104 Дж/м

Достигнутые параметры не являются предельными по чувствительности и по динамическому диапазону: чувствительHoсть может быть увеличена использо ванием сверхпроводников с большей крутизной фазовой характеристики.

Например, в сверхпровод)п ках второго рода она составляет .несколько килоэрстед на кельвин, что позволяет со- 20 ответственно повысить и чувствительность (более чем на порядок). Динамический диапазон в конкретной реализации определяется характеристикой магнптоактивного слоя, вращающего 25 плоскость поляризации света, Сам же свинец имеет линейную область флзовой характеристики H;l протяжении 2 К от

Т,, что позволяет иметь динамический диапазон до 2 10 Дж/м . Переход к 30

Щ>угим сверхпроводниклм, имеющим больший диапазон линейности фазовой характеристики, позволяет расширить динамический диапазон, Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает в 100 раз более высокую светочувствительность и примерно в 10 раз более широкий динамический диапазон. Количество циклов регистрации 40 становится неограниченным благодаря неизменности механических свойств фотоактивного материала регистрирующей среды в процессе ее эксплуатации °

Предлагаемый способ.и регистрирующая среда дополнительно позволяют осуществить дискретную регистрацию градаций интенсивности оптической.ин" формации, Это связано с тем, что при, повышении температуры захваченный маг" 5 нитный поток уменьшается квантами, -7 причем величина кванта 2 "10 Гс- см

Подсчет числа потерянных квантов маг, нитного потока позволяет проводить двумерное распределение интенсивности набвром чисел, который легко обрабатывать с помощью ЭВМ.

Формул а изобретения

1 ° Способ ре гистрации двумерной оптической информации > включающий проецирование излучения, не суще го информацию, на регистрирующую среду на основе материала с фазовым переходом при поддержании постоянной рабочей температуры регистрирующей среды ниже температуры ее фазового перехода и наблюдение изменения характеристики регистрирующей среды, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с цел ью повышения светочувствитель ости и расшире п(я динамического диапазона, излуче1п е проецируют на материал, имеющий фазовый переход из сверхпроводящего в несверхпроводящее состояние, причем перед проецированием излучения нл регистрирующую среду действуют постоянным магнитным полем, нлпрлвленным перпендикулярно илц под углом к поверхности регистрирующей среды и превышающим по величине критическое магнитное лоле для материала регистрирующей среды.при рабочей температуре, л наблюдение осуществляют зл измене п ем намагниченности этой среды.

2, Регистрирующая среда для регистрации двумсрной оптической информации, состоящая из слоя фотолктивйого материала с фазовым переходом и подложки, о т л и ч л ю и; л я с я тем, что, с целью повышения снеточувствительностн и расширения динамического д иапазона, фотоактивный с >-ой выполнен из матери" ала > имеющего фазовый переход иэ сверхпроводящего в нормальное состояние, а подложка — из неферромлгнитного и несверхпроводящего материала, при этом фотоактивный слой выполнен в виде колец, расположенных на расстоянии друг от друга.

3. Регистрирующая среда по и, 2, отличающая сятем,чтофотоактивиый слой выполнен из свинца, а подложка — иэ глллий-глдолиниевого граната, покрытого слоем висмутсодерж аще r o ферр î rp ан ат а, 1620982

1620982

Составитель В, Кондратьев

Техр ед М. Дидык

Редактор М,Циткина

Корректор N, ÑàìáîÐñê ß

Заказ 4245 тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, !01

Ю грИ

О gf gg 0304 Ч5 08 07080> IO Р Р

9 4