Ранее ( ) нами подробно изучалась технология изготовления

ХАРАКТЕРИСТИКИ НОВЫХ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ
МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЗАПИСИ В ШИРОКОЙ ВИДИМОЙ И УФ
ОБЛАСТИ СПЕКТРА
Н.Д. Ворзобова*, Р.В.Рябова**, Е.В.Соколова*, Н.М.Калинина * А.Н.Пономарев**
*Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий,
механики и оптики,
**Российский научный центр «Курчатовский институт», Москва
vorzobova@mail.ifmo.ru, rose_ryabova@mail.ru
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. Не смотря 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
159
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
№
Полное название
1
2
3
1,3 - диметил - 5 (3
метилпиролидинилиден2'- этилиден) имидазолидинтион (2) OH(4)
3,3',9 - триэтил - 5,5' диметоксиоксакарбоциан
инбромид
3,3' -диэтил - 4', 5 дифенил - 4 кето -5 - (3'' этил - 4'', 5'' дифенилтиазолинилиден
- 2'' - этилиден)
тиазолинотиазолоцианин
этилсульфат
Химическая
формула
Обозначе
ние
Растворимость
в этаноле
Область
cенсибилизации
(нм)
C12H17ON3S
1610
1:1000
400-540
C25H29O4N2 B2
1480
1:1000
460-550
C44H43O5N3 S4
2943
1:2000
530-700
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 гелийкадмиевого 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].
160
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
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 ПФГ03ц.
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.
161
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.
162