Регистрирующие среды для голографии презентация

ПРИКЛАДНАЯ ГОЛОГРАФИЯ Лекция № 8 Регистрирующие среды для голографии лектор: О.В. Андреева

Техника голографического эксперимента – регистрирующие среды

Применение голографических светочувствительных сред Изобразительная голография Изготовление голограммных оптических элементов Информационные технологии - архивная голографическая память

Типы голограмм в зависимости от характеристик: схемы регистрации – угол между интерферирующими пучками соотношения между Т и d; модуляция оптического параметра среды; характера изменения параметров регистрирующей среды при записи – обратимый (динамические) и необратимый (статические голограммы).

Фотоотклик регистрирующей среды коэффициент поглощения (); показатель преломления (n); толщина материала (Т);

Техника эксперимента Режим работы источника излучения – непрерывный, импульсный Спектральный состав излучения используемого источника Мощность источника излучения; стабильность установки и отдельных элементов схемы регистрации.

Основные характеристики регистрирующих сред Чувствительность Характеристическая кривая Разрешение Динамический диапазон Функция передачи модуляции -Частотно-контрастная характеристика

Оценка чувствительности регистрирующих сред для голографии Энергетическая чувствительность: голографическая чувствительность – Hопт , H1%; Hопт (ДЭ = max), H1% (ДЭ = 1%); !!! Количество энергии монохроматического излучения, необходимое для достижения ДЭ = N% спектральная чувствительность (S);

Чувствительность В нашей стране под интегральной чувствительностью (S) понимают величину, обратную количеству освещения, которое необходимо для получения оптической плотности проявленного фотографического слоя 0,2 сверх вуали. S измеряется в единицах ГОСТа и ее величина обратно пропорциональна экспозиции, необходимой для достижения искомой плотности. Под спектральной чувствительностью понимается величина, обратная количеству энергии монохроматического излучения, необходимому для получения оптической плотности проявленного материала, равной единице, сверх оптической плотности вуали.

Экспозиция Энергетическая экспозиция, Н, – количество энергии излучения, приходящееся на единицу площади освещаемого участка за период освещения, т.е. экспонирования; иначе: произведение энергетической освещенности (облученности, Е,) на длительность облучения (t). H = E t

Запись голограмм в линейном и нелинейном режиме В линейном режиме записи амплитуда голограммы прямо пропорциональна воздействующей экспозиции Иначе: амплитуда модуляции оптического параметра в голограмме прямо пропорциональна плотности энергии, приходящейся на единицу площади данного участка регистрирующей среды.

Динамический диапазон Динамический диапазон регистрирующих сред характеризует возможность линейной регистрации сигнала (информации) на данном материале. Эта величина играет важную роль при регистрации голограмм, так как возможность линейной регистрации сигнала связана с правильной (неискаженной) передачей интерференционной структуры.

Динамический диапазон регистрирующих сред для голографии Imin – ограничен уровнем сигнал/шум; Imax – ограничен уровнем сигнала, при котором можно пренебречь нелинейными эффектами При записи одиночных голограмм При записи наложенных голограмм динамический диапазон характеризует информационную емкость регистрирующей среды:

Зависимость суммарной амплитуды фазовой модуляции наложенных голограмм

Разрешение Разрешение светочувствительного материала (R), как правило, определяется значением максимальной пространственной частоты голограммы, которая может быть эффективно зарегистрирована. Разрешение, необходимое для регистрации всех пространственных частот голограммы должно быть R ≥ max. Разрешение можно оценить по формуле R ≥ 2nSinθ/λ

Разрешение – R, мм -1; ФПК – функция передачи контраста; ЧКХ – частотно-контрастная характеристика;

Частотно-контрастная характеристика Функция передачи модуляции - (частотно-контрастная характеристика) зависимость амплитуды записанной в регистрирующей среде синусоидальной решетки от пространственной частоты этой структуры. ФПМ (ЧКХ) более полно характеризует регистрирующий материал, чем предельное значение R.

Частотно-контрастная характеристика

Основные характеристики регистрирующих сред Чувствительность Разрешение Динамический диапазон Функция передачи модуляции

Регистрирующие среды со скрытым изображением Инициированные световым воздействием изменения параметров регистрирующей среды непосредственно в процессе записи информации являются незначительными и проявляются в результате дополнительной обработки материалов после экспонирования (в процессе постэкспозиционной обработки). Регистрирующие среды со скрытым изображением обладают, как правило, значительно более высокой чувствительностью и другими возможностями, так как при постэкспозиционной обработке скрытое изображение многократно усиливается.

Галогенидо-серебрянные регистрирующие среды – среды со скрытым изображением для получения статических голограмм Процесс получения голограмм экспонирование; постэкспозиционная обработка: проявление, фиксирование, отбеливание. Отличительные особенности: высокая чувствительность; широта спектральной сенсибилизации; разнообразие методов постэкспозиционной обработки; высокая разрешающая способность.

Что происходит в галогенидосеребряном материале при воздействии излучения? 2AgBr + hy = 2Ag + Br2 Особенность - зернистость изображения Этапы получения изображения: Запись информации в виде скрытого изображения Усиление скрытого изображения – процесс проявления фотоматериала в водном растворе проявителя Удаление светочувствительных зерен AgBr – фиксирование материала Промывка, сушка, дополнительная обработка

Полимерные регистрирующие среды для голографии (Среды со скрытым изображением) Фотополимеризующиеся системы (полимерные слои, содержащие компоненты, полимеризующиеся под действием света); Светочувствительные полимерные среды (полимерный каркас + светочувствительное вещество).

Основные требования к материалам для получения объемных статических голограмм (использование в качестве оптических элементов) высокая разрешающая способность; большая толщина (мм); безусадочность; чувствительность к излучению имеющихся лазеров; возможность длительного хранения информации; неизменность параметров в процессе длительной эксплуатации;

Конструирование регистрирующих сред для голографии Принцип композиционной структуры: жесткий каркас + светочувствительная композиция; Композиционные материалы на основе пористых стекол. Пористое стекло – жесткий каркас. Светочувствительная композиция: бихромированная желатина галоидное серебро + желатина; другие химические соединения. Регистрирующие среды на основе пористых стекол по физико-механическим свойствам близки к свойствам силикатного стекла и являются безусадочными материалами.

Характеристики материала «Диффен» Этапы получения голограммы: Запись информации в виде скрытого изображения Усиление скрытого изображения – прогрев образца (50 град, 50 часов) Преобразование светочувствительных молекул ФХ в несветочувствительные – фиксирование материала

Полимерные регистрирующие среды для голографии (Среды со скрытым изображением) Фотополимеризующиеся системы (полимерные слои, содержащие компоненты, полимеризующиеся под действием света); Светочувствительные полимерные среды (полимерный каркас + светочувствительное вещество).

реоксан с постэкспозиционным отбеливанием насыщение материала кислородом запись голограммы удаление кислорода фотообесцвечивание красителя-сенсибилизатора

голограммы в пористом стекле экспонирование проявление, фиксирование травление удаление оболочек

фототерморефрактивное стекло образование центров агрегации агрегация, образование центров кристаллизации образование микрокристаллов

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

спектральные характеристики голограмм в кристаллах флюорита

Сравнительные характеристики голограмм в неорганических средах

Разработки Государственного Оптического института 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.

При экспонировании изменяется показатель преломления n.

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.

При экспонировании изменяется показатель преломления n.

Литература 1.Суханов В.И.Регистрирующие среды для голографии. В кн.: Физическая энциклопедия, т.4, с.300-301, 1994. 2.Барачевский В.А. Светочувствительные регистрирующие среды: применение в голографии. В кн.: Юрий Николаевич Денисюк – основоположник современной голографии. Сб.трудов, СПб, 2007, с.226-240. 3.3D лазерные информационные технологии. Отв.ред.Твердохлеб П.Е., Новосибирск, 2003. 4.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.60-63. 5.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.262-276. 6. Суханов В.И. Трехмерные глубокие голограммы и материалы для их записи//Оптич. журн. 1994. №1. С.61-70. 7.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.288-292. 8.Ворзобова Н.Д. Галогенсеребряные материалы для голографической записи импульсным излучением. В кн.: Юрий Николаевич Денисюк – основоположник современной голографии. Сб.трудов, СПб, 2007, с.277-281.