Характеристики новых голографических материалов для записи в широкой видимой и УФ области спектра

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики

Российский научный центр «Курчатовский институт»

Н.Д. Ворзобова, Р.В. Рябова,

Е.В. Соколова, Н.М. Калинина,

А.Н. Пономарев

г. Москва

Аннотация

Представлены результаты разработки новых материалов на основе солей серебра с расширенной областью спектральной чувствительности и исследования их голографических характеристик. Определены условия синтеза эмульсий и оптической сенсибилизации, позволившие улучшить голографические параметры относительно промышленных материалов.

Введение

Несмотря на интенсивное развитие несеребряных регистрирующих сред для голографии, классические галогенсеребряные слои остаются в настоящее время одними из наиболее востребованных вследствие их высокой чувствительности. Отечественной промышленностью выпускаются материалы с сенсибилизацией к красной и зеленой областям спектра. Развитие прикладных направлений голографии выдвигает новые требования к характеристикам материалов, в том числе, области спектральной чувствительности. В данной работе представлены результаты разработки новых высокоразрешающих материалов с расширенной областью спектральной чувствительности, а также исследования их голографических характеристик при записи в красной, зеленой, синей и ультрафиолетовой областях спектра. Ранее [1, 2] при разработке материалов для записи импульсным и непрерывным излучением на двух длинах волн в красной и зеленой областях спектра были исследованы голографические характеристики однослойных материалов с сенсибилизацией в одном слое, а также многослойных систем с различной последовательностью расположения слоев и их толщиной при раздельной сенсибилизации каждого слоя. Было показано, что преимущества имеет технология, основанная на последовательном введении оптических сенсибилизаторов в один слой. В связи с этим в данной работе в качестве базовой использовалась технология, основанная на синтезе однослойных материалов.

Условия эксперимента. Расширение области спектральной чувствительности и продвижение в коротковолновую область спектра предъявляет повышенные (в сторону увеличения) требования к разрешающей способности, определяемой размерами светочувствительных кристаллов галоидного серебра. С целью уменьшения размеров светочувствительных кристаллов проведена оптимизация условий эмульсификации. Уменьшение длительности эмульсификации, использование разбавленных растворов, синтез при высоких значениях pAg, а также введение стабилизатора (Sta-соль) позволили получить размеры кристаллов 15-18 нм, что меньше размеров для промышленных материалов (30 нм). Несмотря на то, что галоидное серебро обладает чувствительностью в синей области спектра, его собственной чувствительности недостаточно для получения высоких голографических параметров. В связи с этим в эмульсию дополнительно вводился оптический сенсибилизатор для синей области спектра. Поскольку эффективность оптической сенсибилизации связана с явлениями адсорбции сенсибилизаторов на поверхности светочувствительных кристаллов была проведена оптимизация последовательности введения сенсибилизаторов для трех диапазонов спектра и их концентраций. Установлено, что оптимальной является следующая последовательность: сенсибилизация начинается с введения сенсибилизатора для синей области спектра, затем вводится сенсибилизатор для зеленой области спектра и далее для красной области. Характеристики оптимальных сенсибилизаторов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристики вводимых сенсибилизаторов

Условия введения добавок в исходную эмульсию:

- введение стабилизатора (Sta-соль, 1% раствор) в количестве 1 мл стабилизатора на 100 мл эмульсии;

- введение спектральных сенсибилизаторов 1610, 1480, 2943 в оптимальной последовательности в количестве 5 мл спиртового раствора на 100 мл эмульсии;

- введение дубителя №801 - 1% раствор (спиртоводная смесь).

Толщина эмульсионного слоя после сушки 6 мкм.

Исследование голографических характеристик проводилось при записи голограмм плоских волн во встречных пучках на длинах волн 633, 532, 442 и 325 нм с использованием гелий-неонового лазера ГН-15Р, DPSS - лазера KLM-532 и гелий-кадмиевого лазера ГКЛ-40 (И). Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 1.

Для получения голографической сенситограммы использовался множительный элемент с коэффициентом ослабления экспозиции 2.8. Измерения дифракционной эффективности проводились на длине волны 633 нм при расширении слоя для обеспечения условия Брэгга. Для обработки использовались процессы, основанные на формировании коллоидного серебра и процессы с отбеливанием, основанные на переводе серебра или галоидного серебра в прозрачные соли [3].

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Рис. 1. Схема установки для записи отражательных голограмм. 1, 2, 3 - лазеры, 4 - зеркало, 5, 6 - полупрозрачные зеркала, 7 - линза, 8 - диафрагма, 9 - множительный элемент, 10 - голографический материал, 11 - зеркало

голографический спектральный оптический сенсибилизация

Результаты исследования голографических характеристик

Сравнение голографических характеристик исследуемых материалов при использовании различных процессов обработки показало, что наилучшие результаты обеспечивает процесс, основанный на переводе галоидного серебра в прозрачные соли: проявляющий состав - CW-C2 [3], отбеливающий состав - PBU c амидолом [3]. На рис.1 приведены дифракционные характеристики новых материалов для данного процесса обработки при раздельной записи на трех длинах волн в красной (633 нм), зеленой (532 нм) и синей (442 нм) областях спектра в сравнении с характеристиками промышленных материалов ПФГ- 03ц при тех же условиях записи и обработки.

а б в

Рис. 2. Экспозиционные кривые дифракционной эффективности новых материалов (1, 2) и материалов ПФГ-03ц при записи в красной (а), зеленой (б) и синей (в) областях спектра

Длительность проявления 3 мин (1, 2) и 6 мин (2). Плотности энергии в первом поле: 8^.10^-3 Дж/см² (а), 3^.10^-3 Дж/см² (б), 6^.10^-2 Дж/см² (в).

Для новых материалов получено увеличение дифракционной эффективности для красной и зеленой области и чувствительности для зеленой и синей областей по сравнению с промышленными материалами. Кроме того, важно отметить, что для новых материалов получена меньшая степень усадки слоя после обработки. Таким образом, при раздельной записи в различных зонах видимой области спектра новые материалы имеют преимущества по сравнению с промышленными материалами ПФГ-03ц.

Как известно, при совместной записи голограмм на нескольких длинах волн в одном слое, возможно влияние наложенной записи на дифракционную эффективность монохромных компонент. В связи с этим было проведено исследование дифракционных характеристик монохромных составляющих при совместной записи на трех длинах волн. Экспериментально установлено уменьшение дифракционной эффективности в 3-4 раза для красной и зеленой компонент и в 2-3 раза для синей компоненты, что меньше теоретически ожидаемого уменьшения [4]. Уменьшение влияния наложенной записи на дифракционную эффективность синей компоненты, возможно, связано с увеличением частоты структуры.

Приведенные результаты относятся к традиционному процессу обработки в ваннах. Такой процесс затрудняет решение ряда практических задач, которые могут базироваться на использовании галогенсеребряных материалов. В связи с этим в данной работе была исследована возможность применения контактного метода обработки. Исследовались два способа контактной обработки - непрерывный и дискретный контакт. Лучшие результаты получены для дискретного контакта при длительности проявления и отбеливания (3 и 7 мин соответственно) соответствующей оптимальной для процесса обработки в ваннах. При этом для промышленного материала наблюдалось пузырение слоя. Для новых материалов получены дифракционные характеристики, соизмеримые с характеристиками, достигаемыми при обработке в ваннах.

Полученные результаты позволяют рекомендовать разработанные материалы и процессы обработки для решения практических задач, ориентированных на голографическую запись в широкой видимой области спектра. Для ряда новых направлений, в том числе, голографической литографии, представляет интерес также возможность записи в УФ области спектра. В связи с этим исследованы характеристики новых материалов при голографической записи на длине волны 325 нм. Запись голограмм проводилась в попутных пучках на частоте 1200 л/мм. Получены значения дифракционной эффективности до 40%, в два раза превышающие значения дифракционной эффективности, полученные на материалах ПФГ-03ц. Уменьшение дифракционной эффективности при записи в УФ области спектра по сравнению с записью в видимой области может быть связано с высоким поглощением слоев на использованной длине волны записи. Однако полученный результат является достаточным для решения ряда практических задач.

Выводы

Разработаны новые голографические материалы с расширенной областью спектральной чувствительности и исследованы его голографические характеристики при раздельной и совместной записи на трех длинах волн видимой области спектра, а также в УФ области. Определены оптимальные условия постэкспозиционной обработки. Получено увеличение дифракционной эффективности для красной, зеленой и УФ областей спектра и чувствительности для зеленой и синей областей по сравнению с промышленными материалами ПФГ-03ц.

Работа выполнена при проведении НИР в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., ГК П570.

Литература

1. Vorzobova N.D., Sizov V.N., Ryabova R.V. Monochromatic and two-color recording of holographic portraits with the use of pulsed lasers. // SPIE, v. 1238, p. 476, 1989.

2. Vorzobova N.D., Korolev A.E., Nazarov V.N., Ryabova R.V., Myatezh O.V. Expozure characteristics of the «Kurchatov institute» hich-resolution materials for color holography. //Sci. Appl. Photo, v. 41 (5), p. 447, 2000.

3. Bjelkhagen H.J. Silver-halide recording materials for holography and their processing. NewYork: Springer Verlag, 1993.

4. Р. Кольер, К. Беркхарт, Л. Лин. Оптическая голография. М: «Мир», 1973.

Размещено на Allbest.ru