Диссертация (Голограммные компенсаторы в оптических системах голографических коллиматорных прицелов), страница 5

К нимпредъявляются ещё более жёсткие требования, чем к физико-механическим.При этом количество их полностью определяется спецификой назначенияматериала и строго индивидуально.Регистрирующиеслоигалогенсеребряныхфотоматериалов,внезависимости от их назначения, представляют собой сложные по составуполикомпонентные системы, в которых в качестве связующего полимеранаиболее часто используют желатин. Связующий полимер обеспечивает31стабильность слоя во времени и, является матрицей для различных активныхнаполнителей, соотношение которых определяет конечные параметрыматериала. Кроме связующего полимера в состав светочувствительнойкомпозиции регистрирующего слоя может входить до 50 составляющих,содержание которых может изменяться в достаточно широких пределах.Выбор функциональных компонентов определяется назначением материала ивсегда ведётся с учётом возможных побочных эффектов.Основным наполнителем светочувствительной композиции выступаютмикрокристаллынепосредственно(МК)вгалогенидоврастворесеребрасвязующего(AgHal),полимераформируемыевпроцессенеорганического синтеза.

Все остальные компоненты вводятся в композициюужепослеформированиядисперснойфазыинаправленылибомодифицирование поверхности светочувствительной фазы, придав ейопределённые фотографические свойства, либо на модифицированиематрицы в результате химических реакций со связующим полимером,изменив тем самым физико-химическую структуру приготавливаемых слоев.На данный момент в мире существует только одно крупноепромышленноепроизводствогалогенсеребряныхфотопластинокдляголографии — российская «Компания Славич».Перечень их продукции следующий:- ПФГ-01: галогенидосеребряные фотопластинки для записи пропускающихголограмм в схеме Лейта-Упатниекса. Сенсибилизированы к красной областиспектра для записи голограмм He-Ne лазером.-ПФГ-03м-галогенидосеребряныефотопластинкидлязаписиотражательных голограмм в схеме Денисюка. Сенсибилизированы к краснойобласти спектра для записи голограмм He-Ne лазером.- ПФГ-03c - галогенидосеребряные фотопластинки для записи цветныхотражательных голограмм в схеме Денисюка.

Сенсибилизированы кизлучению He-Ne и аргонового лазеров.32-ВРП(ФПР)-галогенидосеребряныефотопластинкидлязаписипропускающих голограмм в схеме Лейта-Упатниекса. Сенсибилизированы кзеленой области спектра для записи голограмм импульсным лазером нанеодиме или аргоновым лазером.1.4.2 Регистрирующая среда на основе бихромированной желатины.Новое перспективное применение слоёв бихромированной желатины(БХЖ) для голографии было предложено в 1968 г. Т. Шанкоффом. Онпоказал возможность записи высокоэффективных голограмм на БХЖ сиспользованием этапа быстрого обезвоживания слоя пропанолом дляфиксации фазового голографического изображения. Эта область примененийвызвала шквал исследований, показавших, что БХЖ является практическиидеальнымфазовымголографическимрегистрирующимматериалом,позволяющим достигать почти предельного теоретического значения ДЭзаписанных голограмм и записывать более 1000 наложенных голограмм.Однако, низкая по сравнению с галоидосеребряными фотоэмульсиямисветочувствительность и плохая воспроизводимость результатов при записиголограмм на БХЖ привели к очередному снижению интереса к этомуматериалу.

Этому способствовало и появление в 80-х годах пленочногоматериала фирмы «Дюпон» для регистрации изобразительных голограмм.Возрастающая коммерческая выгодность голографических технологий ирасширение спектра их применений привели к очередному подъемуисследований в области БХЖ. Рекордные величины фазовой модуляциирельефного изображения, максимальная прозрачность, сверхнизкий уровеньшумов и высокая разрешающая способность, получаемые на слоях БХЖ,оставляют этот материал в ряду наиболее перспективных для практическогоприменения. К тому же среды на БХЖ позволяют реализовать действительнотрехмерную регистрирующую среду и её использование для записитрёхмерных голограмм.Многообразие уровней надмолекулярных структур желатина лежит воснове разнообразия физико-механических свойств желатиновых слоёв.33Равновесныйпроцессглобулярно-фибриллярныхконформационныхпереходов, происходящих под влиянием многих физических факторовначинает образовываться в растворе, а завершается формироваться в студне ивлажном эмульсионном слое.

Поэтому концентрация желатина в эмульсии, атакже условия полива, студенения и сушки оказывают большое влияние наконформационное равновесие желатина. Учитывая сложность структурнойорганизации желатина и поликомпонентность эмульсионного слоя, следуетотметить, что влияние перечисленных факторов приводит к изменению всегокомплекса свойств, включая термомеханические, коллоидно-химические,физико-механические и др.Кратко механизм записи оптической информации в слое БХЖ можнопредставитьследующимобразом.СлойБХЖ,имеющийсложнуюмикроструктуру, выражающуюся, в частности, в его пористом строении, привысыхании политого слоя или его сенсибилизации в растворе бихроматааммония удерживает воду как в порах, так и в связанном состоянии вблизимолекул желатина. ИоныCr6+ локализуются между неспирализованнымиучастками молекул желатина.При экспонировании под действием света в результате переносафотоэлектрона от молекулы желатина, являющейся электронным донором,происходит изменение состоянияхрома из Cr6+ в Cr5+.

В результатетемновыхреакций,происходящихвслоеБХЖвпериодотегоэкспонирования до начала проявления может снижаться концентрацияфотогенерированных ионов Cr5+.При проявлении под действием воды происходит изменение состоянияиона хрома из Cr5+ в Cr3+, что может быть описано как перестройкатетраэдрических комплексов хрома в октаэдрические структуры, вызываетперемещение макромолекулярных сегментов желатина и их фазовыепереходы типа «спираль-клубок». Ионы Cr3+инициируют образование«мостичных» связей между молекулами желатина, что обуславливаетсшивание (дубление) экспонированных участков, которое, в свою очередь,34приводит к снижению растворимости и набухания желатина в воде.

Крометого, так как задубленный желатин меньше набухает в воде, то при быстромобезвоживаниислоя(например,изопропиловымспиртом)междузадубленными и незадубленными участками возникают напряжения, чтоприводит к появлению трещин в глубине слоя. В работе была предложенамодель механизма записи, предполагающая, что образуется не одна трещинавдоль поверхности равной экспозиции, а ансамбль пустот, размерами многоменьше длины волны света.Физическая причина образования пустот в слое БХЖ связана с тем, чтоони возникают за счет двухступенчатого процесса: а) в результатевымывания из глубины слоя БХЖ незадубленного желатина и б) из-заразрыва желатина при сушке на границах со слабозадубленными участками.Иными словами, глубинное вымывание приводит к возникновению такихобластей, где наиболее вероятно возникновение трещин и пустот при сушке.При обработке изопропанолом происходит быстрое обезвоживание слоевБХЖипроисходитобразованиерельефаиизменениепоказателяпреломления.

При этом задубленные участки способны отдать меньше воды,чем незадубленные, а скорость обезвоживания неэкспонированных участковблагодаря пористой клубковой структуре гораздо выше, чем скоростьобезвоживания задубленных участков.Всё это приводит к формирование фазового рельефа в БХЖ.1.4.3Усадкарегистрирующейсредывпроцессехимико-фотографической обработкиРегистрирующиематериалы,которыеиспользуютсядлязаписиобъёмных голограмм в большинстве своём имеют такой отрицательныйфакторкакусадка.Этоявлениевозникаетвпроцессехимико-фотографической обработки (ХФО) материала и заключается в изменениигеометрическихразмероврегистрирующегослояиегопоказателяпреломления.

Эти изменения могут оказывать существенное влияние насвойства записанных голограмм: длину волны восстановления и угол35восстановления голограммы, уменьшение её дифракционной эффективности,спектральную и угловую селективность и т. п. Поэтому в процессеизготовления голограммы необходимо учитывать влияние усадки регистрирующего материала.Рассмотрим виды усадки, обратившись к рисунку 1.8.yδAγ0γd0dOzTBkTB'Рис.1.8. Схема усадки регистрирующего материала.Усадка материала характеризуется коэффициентами нормальной усадкиkn и тангенциальной усадки k.Коэффициент нормальной усадки связывает толщину материала приотсутствии усадки T0 и при ее наличии T:(1.1)Причем геометрическая усадка можетвключать в себя такжеравномерный тангенциальный сдвиг материала(1.2)где δ - угол скоса.Для элементарнойрешеткисуммарное действие нормальнойитангенциальной усадки эквивалентно действию эффективной нормальной36усадки (называемой также «эффективной геометрической»), величинакоторой е может быть найдена, как:(1.3)где γ0 - угол наклона брэгговских плоскостей на стадии записи.Поскольку на оптическое расстояние между брэгговскими плоскостямивлияет также и среднее значение коэффициента преломления, то изменениеэтого значения названо в работе рефрактивной усадкой и характеризуетсякоэффициентом рефрактивной усадки :,(1.4)где n0 – коэффициент преломления материала на стадии записи,n –коэффициент преломления материала после ХФО.К тому же брэгговские плоскости могут ещё и искривляться.

Поэтому,нельзя определить усадку путем измерения физической толщины материала.Для исследования эффектов усадки предложены разнообразные модели,учитывающие изменение толщины материала (геометрическую усадку, т. е.изменение нормальной к поверхности материала составляющей вектора решетки) и вызванный этим поворот брэгговских плоскостей; изменениесреднего коэффициента преломления (рефракционную усадку); изменениетолщины, среднего коэффициента преломления и равномерный тангенциальный сдвиг материала; одновременное действие вышеуказанныхфакторов; эффекты искривления брэгговских плоскостей.Для данной работы была выбрана следующая модель усадки. Нарисунке1.8 представлена схема регистрации трёхмерной голограммы.37y2γα2ΘKα1Θγz1d1 – предметный пучок, α1 – угол падения предметного пучка, 2 – опорныйпучок, α2 – угол падения опорного пучка, 3 – брэгговские плоскости, γ– угол наклона брэгговских плоскостей, К – вектор решётки, d –расстояние между брэгговскими плоскостямиРис.1.9.