Рельефно-фазовые голограммы на фотоэмульсионных слоях, облученных ультрафиолетовым излучением тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

На правах рукописи

м

Гуляев Сергей Николаевич

РЕЛЬЕФНО-ФАЗОВЫЕ ГОЛОГРАММЫ НА ФОТОЭМУЛЬСИОННЫХ СЛОЯХ, ОБЛУЧЕННЫХ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Специальность 01.04.04 - физическая электроника 01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2006 г.

Работа выполнена на кафедре физической электроники Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Фотиади Александр Эпаминондович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Кожевников Николай Михайлович

кандидат физико-математических наук, доцент Чернов Борис Константинович

Ведущая организация:

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН

Защита состоится 16 февраля в 16 часов на заседании диссертационного совета Д212.229.01 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 29, II уч. корпус, ауд. 470.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Автореферат разослан

«

января 2006 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.229.01 доктор технических наук, профессор

Короткое А. С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Несмотря на появление большого количества разнообразных типов записывающих голографических сред, и по сей день галоидосеребряные фотоматериалы вызывают большой интерес исследователей, работающих в области голографии. Это обусловлено тем, что галоидосеребряные фотоэмульсионные слои обладают уникальным набором свойств, таких как' высокая энергетическая чувствительность (одна из самых высоких среди записывающих сред), сенсибилизация к любым участкам видимого спектра и возможность получения тонких и объемных (брэгговских) голографических структур, работающих как на пропускание, так и на отражение. Кроме того, технология производства фотоматериалов обеспечивает получение однородных слоев с заданными свойствами на подложках практически неограниченных размеров. Универсальность свойств фотоматериалов предопределило их широкое использование для создания элементов дифракционной оптики - области, бурно развивающейся в последние десятилетия.

Наиболее распространенным способом получения голограммных оптических элементов (ГОЭ) на фотоматериалах, обладающих дифракционной эффективностью, приближающейся к теоретическому пределу, является замена серебряного изображения (СИ) на чисто фазовую структуру в желатине фотоэмульсионного слоя. Как правило, это достигается избирательным дублением желатины и позволяет успешно развивать методы создания эффективных тонких рельефно-фазовых [1, 2, 3] и объемных [4, 5] голографических структур. Однако указанные методы не позволяют получить равномерную пространственно-частотную характеристику (ПЧХ) рельефно-фазовых ГОЭ для коммерчески выпускаемых фотоэмульсионных слоев, глубина поверхностного рельефа недостаточна для ряда применений и т. д. Эти проблемы можно разрешить в рамках исследований свойств голографических фотоматериалов, что также делает данную диссертационную работу актуальной.

Существуют исследовательские работы, где избирательное воздействие на желатину фотографического слоя предлагается проводить за счет светового дубления фотонами видимого и ближнего УФ диапазона световых волн [6, 7]. В некоторых патентных работах [8, 9] для этой цели предлагается использовать коротковолновое УФ-излучение (>. < 270 нм) без сенсибилизации желатины соединениями хрома, однако результатов исследований в этой области практически не было опубликовано. Тем не менее, можно ожидать, что увеличение энергии световых фотонов может привести к новому физическому качеству процесса взаимодействия света с веществом фотографической эмульсии, поскольку высокоэнергетичные фотоны интенсивно поглощаются в тонком поверхностном слое

фотоэмульсии [10]. Это неизбежно должно сказаться на основных свойствах голографических структур, получаемых в результате воздействия коротковолнового УФ-излучения на фотоэмульсию. Таким обраюм, исследования в этой области представляют самостоятельный физический интерес.

Цель работы. Изучение голографических структур, полученных на фотоэмульсионных слоях, подвергнутых облучению коротковолновым ультрафиолетовым излучением, которое включает решение следующих задач:

1. Выяснение механизмов образования голографической структуры.

2. Определение механизма дифракции света на полученных фазовых голографических структурах, включая измерение дифракционных эффективностей (ДЭ) и ПЧХ

3. Изучение факторов, вызывающих искажения регулярности полученных голографических структур, включая измерение аберраций голографического изображения и интенсивностей рассеянного света.

4. Построение физических моделей, описывающих процессы образования голографических структур.

5. Исследование возможности практического применения изучаемых голографических структур на фотоэмульсионных слоях.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

1. Проведены подробные исследования голографических структур, полученных на фотоэмульсионных слоях, подвергнутых действию коротковолнового УФ-излучения без дополнительной сенсибилизации. Показано, что подобные структуры являются тонкими рельефно-фазовыми голограммами.

2. Показано, что в основе механизма образования изучаемых голографических структур лежит фотостимулированная деструкция желатины под действием коротковолнового УФ-излучения.

3. Предложены методы многоцикловой и непрерывной обработки (фотостимулированного травления) фотоэмульсионного слоя, позволяющие получать глубокие рельефные структуры, в том числе, с образованием окон и получения доступа к подложке, независимо от толщины используемого фотоматериала (по крайней мере, до 20 мкм).

4. Обнаружено явление удвоения периода голографической структуры, сопутствующее методу многоцикловой обработки. Показано, что в основе этого явления лежит неустойчивость получаемой голографической структуры, обусловленная наличием двух взаимопротивоположных структурных превращений в желатине фотоэмульсионного слоя (структурирования-дубления и деструкции).

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Обработка фотоэмульсионных слоев коротковолновым излучением ртутно-кварцевой лампы высокого давления (X <" 270 им) позволяет получить высокоэффективные, тонкие рельефно-фазовые голографические структуры независимо от типа применяемого фотоматериала, его толщины и состава применяемых для обработки растворов

2. Серебряное изображение и изображение на основе отбеленного серебра являются эффективными модуляторами коротковолнового излучения в поверхностном слое фотоэмульсии, что позволяет осуществить избирательную фотодеструкцию желатины, лежащую в основе получения рельефной структуры голограммы.

3. ПЧХ рельефно-фазовых структур, полученных при воздействии УФ-излучения на фотоэмульсию, имеет равномерный вид в диапазоне пространственных частот от нуля до 200-300 мм"1 в отличие от структур, получаемых методами избирательного дубления. В области более высоких пространственных частот спад ПЧХ определяется теми же причинами, что для других методов получения рельефных структур на желатиновых слоях, причем основной вклад в формирование ПЧХ вносят силы поверхностного натяжения.

4. Обработка фотоэмульсионного слоя коротковолновым УФ-излучением (X 270 нм) не вносит заметного нарушения регулярности первично записанной голографической структуры Для рельефно-фазовых структур аберрации голографического изображения, как правило, меньше, а шумы рассеяния - того же уровня, что и для первичной амплитудной голограммы.

5 Явление удвоения периода голографической структуры при многоцикловой обработке наблюдается при достижении пороговой величины пространственной частоты и глубины поверхностного рельефа ~ Змкм, независимо от спектра примененных для облучения источников УФ-излучения. Необходимым условием проявления эффекта удвоения периода является многократная сушка фотоэмульсионного слоя Явление удвоения периода можно связать с наличием двух взаимопротивоположных структурных превращений в желатине фотографической эмульсии - структурирования (дубления) и деструкции. Достоверность результатов, полученных в работе, основывается на согласии данных эксперимента и теоретических моделей и согласии с результатами других работ, посвященных сходной тематике.

Практическая значимость результатов работы состоит в следующем:

1 Разработан метод создания высокоэффективных, малошумящих, тонких рельефно-

фазовых голограмм на коммерчески выпускаемых фотоэмульсионных слоях, обладающих

равномерной ПЧХ в области низких пространственных частот V = 0 - 200 мм"1 и модуляцией

5

поверхностного рельефа, достаточной для создания тонких отражательных фазовых голограмм на более высоких частотах. К достоинству метода относится высокая устойчивость результатов к смене типа применяемого фотоматериала, изменению состава обрабатывающих растворов и условий окружающей среды.

2. Разработанный метод получения "сверхглубоких" рельефных структур может иметь практическое применение при создании ГОЭ, работающих в инфракрасном диапазоне или при переносе голографической структуры с фотоэмульсионного слоя на стеклянную подложку.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях: «Оптическая голография и ее применения в промышленности» (Ленинград, 1976), «Физические основы голографии. X Всесоюзная школа по голографии» (Минск, 1978), «XXI Всесоюзная школа по физическим основам голографии» (Тольятти, 1990), «Фотохимические и фотофизические процессы регистрации голограмм. V Всесоюзный семинар» (Ужгород, 1990), «Четвертая Международная Конференция (N0X08-2000). Неразрушающие методы и компьютерное моделирование в науке и технике» (Санкт-Петербург, 2000), «Седьмая Международная Конференция (ЫОТС5-2003). Неразрушающие методы и компьютерное моделирование в науке и технике» (Санкт-Петербург, 2003).

Публикации. Автор имеет 27 печатных работ, в том числе 10 работ по теме диссертации. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 157 наименований, содержит 196 страниц текста, включая 96 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Первая глава представляет собой обзор литературы, посвященный фазовым топографическим структурам, получающимся за счет пространственно-периодической модуляции физико-химических свойств желатины в соответствии с интерференционной картиной, образованной объектным и опорным пучками при записи голограммы. Особое внимание уделено механизмам образования таких структур при воздействии различных факторов. Анализ и сравнение рассмотренных в обзоре работ проводится в рамках модели, допускающей два основных структурных преобразования в желатине - структурирования (дубления) и деструкции.

Во второй главе подробно рассматриваются дифракционные свойства голографических структур, полученных в результате воздействия коротковолнового излучения (А. < 270 нм) на

6

фотоэмульсию (будем именовать их сокращенно ВУФ-структуры) В разделе 2.1 подробно описана экспериментальная методика получения голограмм и измерения их параметров Основная процедура обработки голографических фотопластинок состояла из следующих этапов (указана без промежуточных промывок):

1 Экспонирование фотопластинки когерентным излучением He-Ne лазера. Регистрация интерференционной картины.

2. Проявление в обычном контрастном проявителе (получение первичного СИ интерференционных полос голограммы)

3. Фиксирование (удаление неэкспонированного галоида серебра).

4. Промывка и сушка.

5 Засветка фотопластинки УФ-излучением ртутно-кварцевой лампы (без предварительной сенсибилизации соединениями хрома в отличие от многих работ в голографии, в которых соединения хрома используются для очувствления желатины к УФ и видимому излучению)

6. Отбеливание (в медном отбеливателе СиСЬ)

7. Фиксирование (удаление соединений серебра из фотоэмульсионного слоя). 8 Промывка и сушка (получение рельефно-фазовой голограммы)

Измерения высоты поверхностного рельефа h ВУФ-структур для разных фотоматериалов для низких пространственных частот v < 100 мм"' (BP-JI, Kodak HR, Agfa-Gevaert Millimask) показали следующее:

1. Максимальные величины h достигают значения порядка 1,4 мкм.

2. Зависимости И насыщаются с ростом энергии экспозиции фотопластинок когерентным излучением Wwm времени облучения УФ-излучением Г у,;..

3. Величина рельефа слабо зависит от химического состава проявителя и определяется, в основном, плотностью серебряного изображения D.

Раздел 2.2 посвящен исследованию механизмов дифракции света на ВУФ-структурах. Были проведены эксперименты, которые доказали, что получаемые голографические структуры являются тонкими рельефно-фазовыми голограммами. Это подтверждается следующим: 1. Ход зависимостей ДЭ r\(W) (v = 150 мм '), рассчитанный на основе экспериментально определенных значений высоты рельефа h и приближения Рамана-Ната для тонких

~Я-(и0-1)Й

голограмм (согласно которому TJ = J,

), хорошо совпадает с ходом

экспериментально полученных зависимостей.

2. Смачивание поверхности голограммы иммерсионной жидкостью снижает ДЭ в 20 раз.

Г),%

л

т

400

800

Рис

1200 1600 , v, мм'

0,70,6 050,4 0,30,20,1 0,0

И, мкм

3 Голографические ВУФ-структуры, полученные на фотоэмульсинных слоях с толщиной 7 мкм, практически не обнаруживают зависимости ДЭ от угла паления освещающего пучка даже на пространственных частотах порядка 1000 мм ', в то время как для амплитудных голограмм уже при v > 600 мм'1 эти зависимости носят явно брэгговский характер.

Изучение ПЧХ ВУФ-структур показало, что наблюдаемый в экспериментах спад ПЧХ в области высоких частот (v = 200 -1500 мм1) хорошо описывается моделью, свя!анной с действием сил поверхностного натяжения. Ключевой идеей модели служит введение пороговой пространственной частоты vuop, выше которой увеличение площади поверхности фото эмульсионного слоя невозможно. Для фотоэмульсии Kodak HR, для которой Vuop уверенно определяется, на рис 1 приведены экспериментальная (■ - точки) и расчетная (пунктир) ПЧХ. Значения глубины поверхностного рельефа в указанном диапазоне частот хорошо согласуются с данными, полученными другими авторами на фотоэмульсионных слоях и слоях бихромированной желатины (БХЖ) (см. рис. 2, где заштрихованная область отражает диапазон значений h для ВУФ-структур на разных типах фотоматериалов, а экспериментальные данные других авторов изображены разными символами). В разд. 2.3 на основе подхода Юу [11] произведен анализ аберраций изображения точечного источника, восстановленного голографическими линзами, записанными в виде амплитудных, отбеленных и ВУФ-голограмм. Установлено, что основным видом искажений изображения, реконструированного с экспериментальных голограмм, являлся астигматизм, вызванный неплоскостностью стеклянных подложек. На основе введенного критерия качества

изображения - модифицированного фактора четкости по Штрелю: SW = /ф^з AM • равного отношению максимальной интенсивности света в изображении точечного

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

-1

v. мм

Рис. 2

1,4 1,2 1,0 • 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-

1,6

1

Sh

о

■

о

о

Рис. 3

Ог-

о

о

10

W, отн. ед.

о

источника, восстановленного фазовой голограммой, к максимальной интенсивности света в изображении точечного источника, восстановленного первичной амплитудной голограммой (при одинаковой ДЭ), удалось выделить искажения изображения, вносимые собственно фотоэмульсионным слоем при обработке голограммы. Показано, что введение дополнительной обработки - засветки УФ-излучением с целью получения фазовой структуры голограммы, не только не приводит к

ухудшению качества голографического изображения, а даже, как правило, улучшает его, по сравнению с качеством изображения, даваемым первичной амплитудной голограммой (Shm > 1, см. рис. 3, ■ - точки), в отличие от метода дубящего отбеливания (Shm < 1, см. рис. 3, о -точки). Показано, что это обстоятельство связано с компенсацией фазовых искажений при усадке слоя при удалении СИ из фотоэмульсии.

Измерение характеристик рассеяния света на ВУФ-структурах показало малый уровень светорассеяния и высокое отношение сигнал/шум в голографическом изображении, что связано с отсутствием мелкодисперсной структуры в желатиновом слое ВУФ-голограмм. Так, например, можно привести величины интенсивности рассеянного света - Ф(%), измеренного в широком телесном угле по отношению к падающему пучку для амплитудных структур Фдм = 0,1%, отбеленных структур Ф0т = 0,38% и ВУФ-структур Фвуф = 0,1-0,15%. Величины отношения сигнал/шум в восстановленном изображении бинарного транспаранта выглядят как: S/Nam = 43, S/Nor = 8, S/NBy<n = 56%. Все эти величины приведены для тех значений оптической плотности первичного СИ, при которых наблюдалась наибольшая ДЭ для каждого вида голограмм.

Третья глава посвящена изучению механизма формирования рельефной структуры на поверхности ВУФ-голограмм. В разд. 3.1 показано, что взаимодействие коротковолнового УФ-излучения с фотоэмульсией может быть рассмотрено в контексте фотохимических реакций разрыва химических связей основных цепей желатиновых макромолекул фотонами, энергия которых (480 кдж/моль для X = 250 им) значительно превышает среднюю энергию связей C-N, С-С органических соединений (260 - 350 кдж/моль). Таким образом, основной причиной, вызывающей образование рельефных ВУФ-структур, является фотостимулированная деструкция желатины и растворение облученных участков в воде В

пользу этого механизма говорит существование значительного рельефа при V —> 0, полное стравливание облученных участков специально приготовленных слоев желатины (с толщиной до трех мкм) до подложки при достаточно больших временах засветки УФ-излучением, и эксперименты по травлению облученных фотоэмульсионных слоев различными реагентами.

В разд. 3.2 предложены элементарные математические модели процесса формирования рельефной структуры, основанные на сокращении элементов объема облученной желатины <1У= сЬхАухАг, на величину с//г в направлении х, перпендикулярном подложке и поглощении УФ-излучения в фотоэмульсионном слое по закону Бугера (/ = 1о-ехр{-ах}). В предположении не слишком больших времен засветки УФ-излучением Нф, при которых <й < сЬс, выведена формула, отражающая зависимость высоты поверхностного рельефа от начальной толщины слоя Тцлч при v 0:

Зависимость (1) нашла свое подтверждение в экспериментах со специально приготовленными слоями желатины разной толщины и разной степени начальной задубленности, которые подвергались облучению УФ-излученим ртутной лампы и купанию в воде. Из формулы (1) следует, что можно ввести понятие эффективной толщины фотоэмульсионого слоя ТЭфф - -1п0,1/а, сокращение которой дает 90% величины максимально возможной высоты поверхностного рельефа Определенное из эксперимента значение Тзфф для фотоэмульсии Agfa-GevaeIt МШнпавк (непроявленной и отфиксированной) составляет всего 3,3 мкм, что значительно меньше толщины фотоэмульсионного слоя, равной ~5 мкм. На деле Т)фф еще меньше, вследствие сильного поглощения коротковолнового УФ-излучения СИ, и, можно считать, что она составляет величину порядка самой высоты поверхностного рельефа, что открывает возможность использования для получения ВУФ-структур сверхтонких фотоэмульсионных слоев с Т < 2 мкм.

Для изучения зависимостей ДЛ(?уФ) необходимо модифицировать модель образования рельефа, поскольку ¿/Л не может неограниченно возрастать при увеличении времени засветки ¡уф и имеет своим пределом величину сЬс. При достаточно больших ?уф вкладом в величину ДИ не полностью сократившихся элементов объема желатины можно пренебречь, и, тогда, формула для АЛ(Гуф) будет выглядеть как:

М = К101УФ(1-е <"'«) (1)

Д/7

1,6-1 АЛ, мкм

1.4 1,2 1,0 0,8 0.6 0,4 0,2 0,0

0 10 " 20 30 40 50

/

УФ

Рис.4

Рис. 5

Как видно ич рис 4, графически представляющего формулу (2), зависимость АШуф), также как и зависимость Ьк{ТцАЧ), имеет тенденцию к насыщению, хотя и неполному, что подтверждается экспериментально (рис. 5, фотоэмульсия ВР-Л). Дополнительным экспериментальным результатом, подтверждающим исходную концепцию образования рельефа, вследствие удаления облученных участков желатины, является уменьшение поверхностного рельефа на исходно более сильно задубленных слоях, что не трудно объяснить тем, что большое количество поперечных связей препятствует фрагментации макромолекул в облученных участках желатины и растворению ее в воде. В разд. 3.3 рассмотрено влияние времени проявления на свойства ВУФ-структур. Экспериментально показано, что уменьшение времени проявления фотопластинок ВР-Л в обычном метол-гидрохиноновом проявителе (УП-2М) с 5 минут до 5 секунд не только не приводит к падению ДЭ ВУФ-структур, а даже несколько увеличивает максимальную ДЭ (с 16 до 20%). Это объясняется, во-первых, тем, что плотности и контраста СИ, образовавшегося в первые моменты начала процесса проявления в верхних слоях фотоэмульсии, хватает для эффективной модуляции УФ-излучения, а, следовательно, и для получения достаточной высоты рельефа. Во-вторых, короткие времена проявления уменьшают потери света на поглощение, вызванное остаточной вуалью фотоматериала. Разд. 3.4 посвящен исследованию эффективности изображения интерференционных полос (ИИП) в различной химической форме как модулятора УФ-излучения внутри поверхностного слоя голограммы Предпосылкой проведения исследований явилось то обстоятельство, что абсорбционные способности металлического серебра и его соединений в области коротковолнового УФ-излучения (X < 270 им), вызывающего деструкцию желатины, практически выравниваются. Замена СИ на ИИП в виде солей серебра осуществлялось путем дополнительного отбеливания, вводимого перед засветкой фотопластинок УФ-излучением (операция 5, см. выше). Эксперименты показали, что ИИП в форме ферроцианида серебра

35 30 25 20 15 10 5 0

Л,%

0,5 1,0 1,5 Рис. 6

2,0 2,5 3,0

О

А£4[Те(СМ)б] позволяет получать высоту рельефа ВУФ-структур почти в 2 раза большую, чем ИИП в форме металлического серебра (А§) или хлорида серебра (AgCl). В данных экспериментах были получены ВУФ-структуры с максимальной ДЭ, равной теоретическому пределу ~ 34% для тонких голограмм. На рис. 6 представлена зависимость ДЭ ВУФ-структуры г)(£>) для ИИП в виде А§С1 (• - экспериментальные точки, □ - расчет через значения высоты

рельефа по теории тонких голограмм).

В четвертой главе рассмотрены специальные методы создания ВУФ-структур, связанные с получением больших значений глубины поверхностного рельефа на фотоэмульсионных слоях. Основной принцип этих методов - удаление облученных участков желатины в ходе засветки, открывающее доступ УФ-излучения к более глубоким слоям фотоэмульсии. В разделах 4.1, 4 2, 4.3 обсуждаются предпосылки, методика и результаты экспериментов по методу многоцикловой обработки фотопластинок, суть которого состоит в многократном повторении цикла: облучение проявленной фотопластинки УФ-излучением купание

. Введение данного метода позволило увеличить высоту рельефа на низких частотах на фотопластинках ВР-Л до 7-8 мкм и довести глубину стравленного желатинового слоя в неэкспонированных местах до поверхности подложки. Раздел 4.4 посвящен обнаруженному в экспериментах интересному физическому феномену - удвоению периода ВУФ-структуры (далее, феномен УДПС) -скачком при увеличении пространственной частоты Феномен УДПС проявляет себя в виде

фотопластинки в воде - сушка Ц,%

10

20

30 V, ММ

-1

появления дробного порядка дифракции (т]1/2)

Рис. 7 при сканировании топографической зонной

пластинки Френеля от центра к периферии узким лазерным пучком. Одновременно

наблюдается падение интенсивности первого порядка дифракции (т]]) (см. рис 7, где

12

Рис.8

приведены зависимости г|(у)). Иными словами, структура с основным периодом на более высоких частотах превращается в пространственную субгармонику (рис. 8а), которая состоит из "доменов", где решетки сдвинуты относительно друг друга на половину периода. Для объяснения явления УДПС в разд. 4 5 предложена простая механическая аналогия,

рассматривающая решетку из притягивающихся друг к другу шаров, находящихся на поверхности, состоящей из гребней и впадин (лунок) с периодом с/ (рис 9). Показано, что структура данного типа неустойчива по отношению к изменению периода. В развитых в разд. 4.5 и 4.6 концепциях, объясняющих феномен УДПС, предполагается, что роль сил притяжения между отдельными элементами структуры могут играть силы натяжения, возникающие при сушке влажного фотоэмульсионного слоя. В разд 4.6 явление УДПС исследовано, используя при обработке фотопластинок источники УФ-излучения разного состава. На рис. 8 приведены микрофотографии ВУФ-структур в области субгармоники для: а) - ртутно-кварцевой лампы

ДРТ-220, б) - эксимерной лампы, работающей на смеси Хе+СЬ; в) - эксимерной лампы, работающей на смеси Кг+СЬ- Проведенные исследования позволили заключить, что явление УДПС проявляется при пространственных частотах, больших некоторого предела v > 23-60 мм1 и достижения высоты рельефа И » 3 мкм, независимо от примененного в экспериментах типа источника УФ-излучения. Установлена связь между спектральным составом источника и степенью перестройки голографической структуры по глубине фотоэмульсионного слоя. В разд. 4.5 и 4.6 обсуждается модель феномена УДПС, основанная на гипотезе существования двух

13

Рис.9

взаимопротивоположных фотоиндуцированных превращений в желатине - деструкции и структурирования (дубления). Показано, что причиной явления удвоения периода является неустойчивость, связанная с тем, что рельефные изображения, порождаемые фотохимическими превращениями желатины, взаимообратны друг другу. Согласно этой модели силы натяжения, возникающие при сушке фотоэмульсионного слоя, вследствие избирательного светового дубления желатины в менее экспонированных местах, инициируют нарушение пространственной симметрии структуры и попарное объединение гребней поверхностного рельефа Важную роль в формировании субгармоники играют также силы поверхностного натяжения, поскольку подобная перестройка структуры является термодинамически выгодной. Существование "доменной структуры" в данной модели объясняется изначальными флуктуациями светового дубления по поверхности фотоэмульсионного слоя. Разд 4.7 посвящен методике "непрерывного травления", в которой, в отличие от метода многоцикловой обработки, верхние слои фотоэмульсии удаляются непосредственно во время облучения УФ-излучением в установке специальной конструкции. Это позволяет, во-первых, получить глубокие рельефные структуры и осуществить травление фотоэмульсионного слоя до поверхности подложки в наименее экспонированных местах за очень короткое время облучения фотоматериала порядка 15-20 мин, во-вторых, избежать появления феномена удвоения периода структуры и продвинуть

ПЧХ в область более высоких частот, а также снизить искажения поверхности ВУФ-структур. В разд. 4.7 рассмотрена связь явления УДПС со схожими физическими феноменами, в частности, с эффектом генерации субгармоник при двухволновом взаимодействии в фоторефрактивных кристаллах и полупроводниках. Пятая глава посвящена некоторым аспектам практического использования ВУФ-структур. В разд. 5.1 рассмотрены методы переноса голографической структуры на подложку с целью получения более долговечных и устойчивых к внешним воздействиям ГОЭ. Успешные результаты по переносу периодических структур с желатины фотографического слоя или БХЖ на более твердые и устойчивые материалы обычно реализуются для очень

14

• •♦!•» §*♦#•»## # * « . • * *«•*•*•••#•*« • * ♦

' * ** *««##•#*•• «♦#.

- * *• •*•»##«•#• «М • •<'<*М»<»»«ММ>>

»«»»♦**#♦*♦. « ,

Рис. 10

тонких слоев порядка одного и менее микрона Рассмотренные в главе ГУ методы получения глубоких рельефных ВУФ-структур на значительно более толстых коммерческих фотоматериалах (Т = 5 - 15 мкм) позволяют сформировать на фотографическом слое пропускающие участки - окна, через которые можно получить доступ к стеклянной подложке. С помощью вакуумного напыления хрома и последующего удаления желатины удалось создать высококонтрастные структуры в виде металлизированных полосок на поверхности стекла. Использование химического травления с помощью концентрированной НР позволило получить рельефные структуры в стекле с максимальной глубиной 0,35 мкм Разд 5 2 посвящен созданию рельефно-фазовых ВУФ-структур со сложным профилем в периоде, существенно отличающимся от синусоидального или прямоугольного типа. Топографические ВУФ-структуры - расщепители лазерного пучка (РЛП), синтезировались с помощью многократной перезаписи голограмм, используя многопучковую интерференцию и нелинейность отклика записывающей среды. Эксперименты показали высокую энергетическую эффективность подобных структур, рассеивающих лазерное излучение в определенном телесном угле. На рис. 10 показан дифракционный спектр экспериментального РЛП, реализованного на рельефной ВУФ-структуре. Доля энергии пучка нулевого порядка составляла менее 0,6% от всей энергии света, рассеянного РЛП В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Применение методики обработки голограмм, связанной с облучением фотопластинок УФ-излучением, позволяет получить рельефно-фазовые структуры. Это подтверждается хорошим соответствием поведения дифракционной эффективности ВУФ-структур модели тонких голограмм в предположении наличия синусоидальной формы рельефа, потерей дифракционной эффективности ВУФ-структурами при погружении в иммерсионную жидкость и слабой угловой селективностью ВУФ-структур на высоких частотах.

2 Высота рельефа к ВУФ-структур на низких пространственных частотах составляет величину порядка 1 -1,5 мкм и слабо зависит от типа применяемой фотоэмульсии и типа проявителя, что позволяет заключить, что И в основном определяется оптической плотностью СИ первичной голографической структуры. СИ и изображение на основе отбеленного серебра являются эффективными модуляторами коротковолнового УФ-излучения в верхних слоях фотоэмульсии, что позволяет на низких частотах легко получать глубину поверхностного рельефа А > 0,6 мкм и добиться дифракционных эффективностей рельефно-фазовых структур, равных теоретическому пределу - 34% для тонких голограмм.

3. В области высоких частот (v = 200 - 1500 мм"1) спад ПЧХ ВУФ-структур хорошо описывается моделью, связанной с действием сил поверхностного натяжения Величины глубины поверхностного рельефа в указанном диапазоне частот хорошо согласуются с данными, полученными другими авторами на фотоэмульсионных слоях и слоях БХЖ.

4. Исследование аберраций топографических линз на основе введенного критерия качества изображения модифицированного фактора четкости по Штрелю позволяет выделить искажения, вносимые в изображение собственно фотоэмульсионным слоем Показано, что введение дополнительной обработки - засветки УФ-излучением с целью получения фазовой структуры голограммы, как правило, улучшает качество топографического изображения по сравнению с качеством изображения, даваемым первичной амплитудной голограммой, что связано с компенсацией фазовых искажений при усадке слоя при удалении СИ из фотоэмульсии.

5. Показано, что малый уровень светорассеяния и высокое отношение сигнал/шум в топографическом изображении связаны с отсутствием мелкодисперсной структуры в желатиновом слое ВУФ-голограмм.

6 Показано, что основным механизмом образования рельефно-фазовой структуры ВУФ-голограмм является фотостимулированная деструкция желатины под воздействием УФ-излучения в узком приповерхностном слое голограммы и растворение облученных участков фотоэмульсии в воде Предложенные математические модели образования рельефа хорошо описывают основные закономерности, наблюдаемые в эксперименте насыщение зависимостей высоты рельефа от толщины желатинового слоя и времени засветки УФ-излучением Показано, что для получения эффективных ВУФ-структур могут быть использованы сверхтонкие фотоэмульсионные слои с Т< 2 мкм.

7. Многоцикловая обработка, связанная с многократным повторением операций: облучение фотопластинок УФ-излучением ртутной лампы - купание в воде - сушка, позволяет получить на сравнительно толстой фотоэмульсии ВР-Л высоту рельефа порядка 78 мкм и осуществить травление фотоэмульсионного слоя до поверхности подложки в наименее экспонированных местах. Установлена возможность переноса топографических ВУФ-структур с фотоэмульсионного слоя на подложку и создания структур с повышенной устойчивостью к внешним воздействиям.

8. Обнаружено явление удвоения периода ВУФ-структур, подвергнутых многоцикловой обработке, которое проявляется при пространственных частотах, больших некоторого предела v > 23-60 мм"1 и достижения высоты рельефа И я 3 мкм, независимо от примененного в экспериментах типа источника УФ-излучения. Показано, что в области

16

действия феномена структура состоит из "доменов", где решетки субгармоники сдвинуты относительно друг друга на половину периода. Предложена модель явления удвоения периода ВУФ-структур, основанная на гипотезе существования двух взаимопротивоположных фотоиндуцированных превращений в желатине - деструкции и структурирования (дубления) Показано, что причиной явления удвоения периода является неустойчивость, связанная с тем, что рельефные изображения, порождаемые фотохимическими превращениями желатины, взаимообратны друг другу.

9. Разработана методика "непрерывного травления" фотоэмульсионного слоя при облучении фотопластинок УФ-излучением как альтернатива методу многоиикловой обработки. Она позволила существенно сократить время облучения фотоматериала с часов (при многоцикловой обработке) до 15-20 мин и избежать появления феномена удвоения периода структуры, а также снизить искажения поверхности топографической структуры.

10. Методы создания ВУФ-структур позволяют реализовать ГОЭ со сложным профилем рельефа в периоде структуры, что продемонстрировано на примере создания осевых РЛП.

Цитируемая литература 1. Н. М. Smith, "Photographic relief images", J. Opt Soc Am., 1968, v. 58, No. 4, P. 533-539. 2 E Б. Бруй, С. H. Корешев, "Особенности тонких слоев фотоэмульсии ПЭ-2 для получения низкочастотных рельефных голограммных структур", Оптика и спектроскопия, 1989, т 67, вып. 3, С. 685-688.

3. А. Д. Гальперн, И. В. Калинина, Л. В. Селявко, В. П. Смаев, "О получении рельефно-фазовых голограмм на фотопластинках ПЭ-2 и их копировании", Оптика и спектроскопия, 1986, т. 60, вып. 5, С. 1040-42.

4. Ю. Е. Усанов, М. К. Шевцов, Н. Л. Кособокова, Е. А. Кириенко, "Механизм образования микропустотной структуры и методы получения галогенидосеребряных желатиновых голограмм", Оптика и спектроскопия, 1991, т. 71, вып. 4, С. 651-658.

5 J М Kim, В S. Choi, S. I. Kim, J М. Kim, Н. I. Bjelkhagen, and N. J. Phillips, "Holographic optical elements recorded in silver halide sensitized gelatin emulsions. Part I. Transmission holographic optical elements", Appl Opt 2001, Vol 40, No. 5, P. 622-632.

6. К S Pennington, J S. Harper, F P. Laming, "New phototecnology suitable for recording phase holograms and similar information in hardened gelatin", Appl Phys Lett., 1971, Vol. 18, No. 3, P. 80-84.

7. G. Liebmann, F. Schmidt, A. Storch, "Ein Umkehrverfahren zur Herstellung stabiler Phasenhologramme ", J. Signal AM, 1975,3, No. 6, P. 471-475.

8. Заявка 1330729 Великобритания, International Classification G03C 5/50, "A method for recording in hardened gelatin", J S. Harper, F. P Laming, К S Pennington, Complete Specification published 19 Sept. 1973.

9. Пат. 3695879 США, Int. CI. G03c 5/24, "Hologram life extension", F. P Laming, S. L Levine, G. T. Sincerbox, Patented Oct. 3, 1972.

10. О. H. Козаков, С. Л. Кулипанов, "Поглощение излучения бромосеребряными эмульсионными слоями в ультрафиолетовой области спектра", Журн науч. и прикл фотографии, 1994, т. 39, №1, С. 17-22.

11. Ф. Т. Юу, "Введение в теорию дифракции, обработку информации и голографию", М: Советское радио, 1979, С. 247-254.

Основные результаты исследований опубликованы в работах:

1. М. М. Бутусов, С. Н. Гуляев, В. В Судариков, 'Топографическая эффективность и механизмы дифракции света на голограмме", Квантовая электроника, 1975, т.2, №1, С 1317.

2. М. М. Бутусов, С. Н. Гуляев, "Фазовые голограммы на задубленном ультрафиолетовым излучением желатине", В сб «Оптическая голография и её применение в промышленности», Л.: ЛДНТП, 1976, С. 36-40.

3. С. Н. Гуляев, К. К. Алимов, М. М. Бутусов, "Изготовление высокоэффективных малошумящих голограмм методом обработки фотоэмульсий УФ-излучением", Материалы X Всесоюзной Школы по голографии, Л.: ЛИЯФ, 1978, С. 85-95.

4. К. К. Алимов, М. М. Бутусов, С. Н. Гуляев, "Получение фазовых голограмм на фотоэмульсиях, обработанных ультрафиолетовым излучением", В сб. «Голографические измерительные системы», вып. 2, Новосибирск: НЭТИ, 1978, С. 89-99.

5. С. Н. Гуляев, Д. Э. Нефедьев, "Ишенение периода голографических решеток при воздействии коротковолнового УФ-излучения на фотоэмульсию", Материалы XXI Всесоюзной Школы-симпозиума по голографии, Л.: ФТИ, 1990, С. 40-57.

6. S. N.Gulyaev, I.V. Isaev, "Phenomenon of period-doubling in holographic periodic structures exposed to UV radiation", in International Workshop on New Approaches to High Tech-Nondestructive Testing and Computer Simulation in Science and Engineering, Alexander I. Melker, Editor, Proceedings of SPAS, 2000, Vol. 4, P. A33-35.

7 S.N Gulyaev, I V. Isaev, "Phenomenon of period-doubling in holographic periodic structures exposed to UV radiation", Proceedings ofSPlE, 2001, Vol. 4348, P. 59-67.

8. С. H. Гуляев, В. П. Ратушный, "Свойства рельефно-фазовых голограмм, полученных при обработке фотопластинок коротковолновым ультрафиолетовым излучением и двухступенчатом отбеливании", Оптический журнал, 2003, том 70, №2, С. 45-49.

9. Е. Л Pshenay-Severin, S N. Gulyaev, "Holographic fan-out elements synthesized by the repeated recording process", in International Workshop on Nondestructive Testing and Computer Simulation in Science and Engineering, Proceedings of SPAS, 2003, Vol. 7, P. D2 - D6.

10. E. A. Pshenay-Severin, S. N. Gulyaev, "Holographic fan-out elements synthesized by the repeated recording process", Proceedings ofSPIE, 2004, Vol. 5400, P. 170-178.

Лицензия J1P №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 11.01.2006. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,00. Тираж 100. Заказ 243Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: 550-40-14 Тел./факс: 247-57-76

XûO£A

Ло5Ъ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ФАЗОВЫЕ ГОЛОГРАММЫ НА ГАЛОИДОСЕРЕБРЯНЫХ ФОТОМАТЕРИАЛАХ.

1.1. Фотографические материалы и бихромированная желатина в голографии.

1.2. Топографические фазовые структуры, полученные методом недубящего отбеливания.

1.3. Избирательное дубление желатины - ключ к созданию фазовых структур в фотоэмульсионном слое.

1.4. Рельефно-фазовые голографические структуры, полученные с помощью дубящего проявления и отбеливания. 1.5. Неравновесная обработка желатиновых слоев и SHSG-метод создания объемных фазовых голограмм на фотоматериалах.

1.6. Рельефно-фазовые структуры, созданные на основе методов избирательной деструкции желатины.

1.7. Световое дубление желатины, как метод создания фазовых голографических структур на фотоэмульсионных слоях. Формулировка задач диссертационной работы.

ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФРАКЦИОННЫХ СВОЙСТВ РЕЛЬЕФНО-ФАЗОВЫХ ГОЛОГРАММ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КОРОТКОВОЛНОВОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ФОТОЭМУЛЬСИЮ.

2.1. Пол учение рельефно-фазовых голограмм при засветке фотоэмульсионного - слоя УФ-излучением ртутно-кварцевой лампы.

2.2. Исследование механизмов дифракции света на голографических структурах.

2.3. Искажения голографического изображения.

ГЛАВА III. МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО РЕЛЬЕФА ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ СТРУКТУР, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КОРОТКОВОЛНОВОГО УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ФОТОЭМУЛЬСИЮ.

3.1. Фотодеструкция желатины фотографического слоя, как основной фактор образования поверхностного рельефа.

3.2. Элементарные модели, описывающие процесс формирования поверхностного рельефа.

3.3. Влияние времени проявления на свойства рельефно-фазовых голограмм.

3.4. Влияние отбеливания на свойства рельефно-фазовых голограмм.

ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ СТРУКТУР С БОЛЬШОЙ ГЛУБИНОЙ ПОВЕРХНОСТНОГО РЕЛЬЕФА, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КОРОТКОВОЛНОВОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ФОТОЭМУЛЬСИЮ.

4.1. Предпосылки введения метода многоцикловой обработки фотоэмульсионного слоя.

4.2. Методика проведения экспериментов по многоцикловой обработке.

4.3. Экспериментальное исследование метода многоцикловой обработки.

4.4. Пространственно-частотная характеристика голографических структур, полученных при много цикловой обработке.

4.5. Модели, описывающие явление удвоения периода голографической структуры.

4.6. Исследование метода многоцикловой обработки фотоэмульсионного слоя при использовании источников УФ-излучения разного спектрального состава.

4.7. Исследование метода обработки фотопластинок с использованием непрерывного травления фотоэмульсионного слоя.

4.8. Явление удвоения периода голографических структур, записанных на фотографических слоях, и другие схожие физические феномены.

ГЛАВА V. НЕКОТОРЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ РЕЛЬЕФНО-ФАЗОВЫХ СТРУКТУР ПУТЕМ ВОЗДЕЙСТВИЯ КОРОТКОВОЛНОВОГО УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ФОТОЭМУЛЬСИЮ.

5.1. Перенос голографической структуры на стеклянную подложку.

5.2. Создание голографических расщепителей лазерного пучка на основе рельефно-фазовых голограмм, полученных с помощью обработки фотоэмульсий УФ-излучением.

Актуальность. Несмотря на появление большого количества разнообразных типов записывающих голографических сред, и по сей день галоидосеребряные фотоматериалы вызывают большой интерес исследователей, работающих в области голографии. Это обусловлено тем, что галоидосеребряные фотоэмульсионные слои обладают уникальным набором свойств, таких как: высокая энергетическая чувствительность (одна из самых высоких среди записывающих сред), сенсибилизация к любым участкам видимого спектра и возможность получения тонких и объемных (брэгговских) голографических структур, работающих как на пропускание, так и на отражение. Кроме того, технология производства фотоматериалов обеспечивает получение однородных слоев с заданными свойствами на подложках практически неограниченных размеров. Универсальность свойств фотоматериалов предопределило их широкое использование для создания элементов дифракционной оптики - области, бурно развивающейся в последние десятилетия.

Наиболее распространенным способом получения голограммных оптических элементов (ГОЭ) на фотоматериалах, обладающих дифракционной эффективностью, приближающейся к теоретическому пределу, является замена серебряного изображения (СИ) на чисто фазовую структуру в желатине фотоэмульсионного слоя. Как правило, это достигается избирательным дублением желатины и позволяет успешно развивать методы создания эффективных тонких рельефно-фазовых [66, 94, 48] и объемных [86, 52] голографических структур. Однако указанные методы не позволяют получить равномерную пространственно-частотную характеристику (ПЧХ) рельефно-фазовых ГОЭ для коммерчески выпускаемых фотоэмульсионных слоев, глубина поверхностного рельефа недостаточна для ряда применений и т. д. Эти проблемы можно разрешить в рамках исследований свойств голографических фотоматериалов, что также делает данную диссертационную работу актуальной.

Существуют исследовательские работы, где избирательное воздействие на желатину фотографического слоя предлагается проводить за счет светового дубления фотонами видимого и ближнего УФ диапазона световых волн [105, 106]. В некоторых патентных работах [107, 108] для этой цели предлагается использовать коротковолновое УФ-излучение (X < 270 нм) без сенсибилизации желатины соединениями хрома, однако результатов исследований в этой области практически опубликовано не было. Тем не менее, можно ожидать, что увеличение энергии световых фотонов может приводить к новому физическому качеству процесса взаимодействия света с веществом фотографической эмульсии, поскольку высокоэиергетичные фотоны интенсивно поглощаются в тонком поверхностном слое фотоэмульсии [113]. Это неизбежно должно сказаться на основных свойствах голографических структур, получаемых в результате воздействия коротковолнового УФ-излучения на фотоэмульсию. Таким образом, исследования в этой области представляют самостоятельный физический интерес. Цель работы. Изучение голографических структур, полученных на фотоэмульсионных слоях, подвергнутых облучению коротковолновым ультрафиолетовым излучением, которое включает решение следующих задач:

1. Выяснение механизмов образования голографической структуры.

2. Определение механизма дифракции света на полученных фазовых голографических структурах, включая измерение дифракционных эффективностей (ДЭ) и ПЧХ.

3. Изучение факторов, вызывающих искажения регулярности полученных голографических структур, включая измерение аберраций голографического изображения и ин-тенсивностей рассеянного света.

4. Построение физических моделей, описывающих процессы образования голографических структур.

5. Исследование возможности практического применения изучаемых голографических структур на фотоэмульсионных слоях.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

1. Проведены подробные исследования голографических структур, полученных на фотоэмульсионных слоях, подвергнутых действию коротковолнового УФ-излучения без дополнительной сенсибилизации. Показано, что подобные структуры являются тонкими рельефно-фазовыми голограммами.

2. Показано, что в основе механизма образования изучаемых голографических структур лежит фотостимулированная деструкция желатины под действием коротковолнового УФ-излучения.

3. Предложены методы многоцикловой и непрерывной обработки (фотостимулирован-пого травления) фотоэмульсиоипого слоя, позволяющие получать глубокие рельефные структуры, в том числе, с образованием окон и получения доступа к подложке, независимо от толщины используемого фотоматериала (по крайней мере до 20 мкм).

4. Обнаружено явление удвоения периода голографической структуры, сопутствующее методу многоцикловой обработки. Показано, что в основе этого явления лежит неустойчивость получаемой голографической структуры, обусловленная наличием двух взаимопротивоположных структурных превращений в желатине фотоэмульсионного слоя (структурирования-дубления и деструкции). Основные положения, выносимые на защиту:

1. Обработка фотоэмульсионных слоев коротковолновым излучением ртутно-кварцевой лампы высокого давления (к < 270 нм) позволяет получать высокоэффективные тонкие рельефно-фазовые голографические структуры независимо от типа применяемого фотоматериала, его толщины и состава применяемых для обработки растворов.

2. Серебряное изображение и изображение на основе отбеленного серебра являются эффективными модуляторами коротковолнового излучения в поверхностном слое фотоэмульсии, что позволяет осуществить избирательную фотодеструкцию желатины, лежащую в основе получения рельефной структуры голограммы.

3. ПЧХ рельефно-фазовых структур, полученных при воздействии УФ-излучеиия на фотоэмульсию, имеет равномерный вид в диапазоне пространственных частот от нуля до 200-300 мм"1 в отличие от структур, получаемых методами избирательного дубле-'' ния. В области более высоких пространственных частот спад ПЧХ определяется теми < же причинами, что для других методов получения рельефных структур на желатиновых слоях, причем основной вклад в формирование ПЧХ вносят силы поверхностного натяжения.

4. Обработка фотоэмульсионного слоя коротковолновым УФ-излучением (А, < 270 нм) не вносит заметного нарушения регулярности первично записанной голографической структуры. Для рельефно-фазовых структур, аберрации голографического изображения, как правило, меньше, а шумы рассеяния - того же уровня, что и для первичной амплитудной голограммы.

5. Явление удвоения периода голографической структуры при много цикловой обработке наблюдается при достижении пороговой величины пространственной частоты и глубины поверхностного рельефа ~ Змкм, независимо от спектра примененных для облучения источников УФ-излучения. Необходимым условием проявления эффекта удвоения периода является многократная сушка фотоэмульсионного слоя. Явление удвоения периода можно связать с наличием двух взаимопротивоположных структурных превращений в желатине фотографической эмульсии - структурирования (дубления) и деструкции.

Достоверность результатов, полученных в работе, основывается на согласии данных эксперимента и теоретических моделей и согласии с результатами авторов других работ, посвященных сходной тематике.

Практическая значимость результатов работы состоит в следующем:

1. Разработан метод создания высокоэффективных, малошумящих, тонких рельефно-фазовых голограмм на коммерчески выпускаемых фотоэмульсионных слоях, обладающих равномерной ПЧХ в области низких пространственных частот V = 0 - 200 мм"1 и обладающих модуляцией поверхностного рельефа, достаточной для создания тонких отражательных фазовых голограмм на более высоких частотах. К достоинству метода относится высокая устойчивость результатов к смене типа применяемого фотоматериала, изменению состава обрабатывающих растворов и условий окружающей среды.

2. Разработанный метод получения "сверхглубоких" рельефных структур может иметь практическое применение при создании ГОЭ, работающих в инфракрасном диапазоне или при переносе голографической структуры с фотоэмульсионного слоя на стеклянную подложку.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях: «Оптическая голография и ее применения в промышленности» (Ленинград, 1976), «Физические основы голографии. X Всесоюзная школа по голографии» (Минск, 1978), «XXI Всесоюзная школа по физическим основам голографии» (Тольятти, 1990), «Фотохимические и фотофизические процессы регистрации голограмм. V Всесоюзный семинар» (Ужгород, 1990), «Четвертая Международная Конференция (N0108-2000). Неразрушающие методы и компьютерное моделирование в науке и технике», (Санкт-Петербург, 2000), «Седьмая Международная Конференция (ЪГОТС8-2003). Неразрушающие методы и компьютерное моделирование в науке и технике» (Санкт-Петербург, 2003). Публикации. Автор имеет 27 печатных работ, в том числе 10 работ по теме диссертации, список которых приведен в конце диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной диссертационной работе рассмотрен круг вопросов, связанных с исследованием свойств голографических структур, полученных с помощью обработки фотоэмульсинных слоев коротковолновым УФ-излучением. Основные результаты работы сводятся к следующему:

1). Применение методики обработки голограмм, связанной с облучением фотопластинок УФ-излучением, позволяет получить рельефно-фазовые структуры. Это подтверждается хорошим соответствием поведения ДЭ ВУФ-структур модели тонких голограмм в предположении наличия синусоидальной формы рельефа, потерей ДЭ ВУФ-структурами при погружении в иммерсионную жидкость и слабой угловой селективностью ВУФ-структур на высоких частотах.

2). Высота рельефа h ВУФ-структур на низких пространственных частотах составляет величину порядка 1 мкм и выше и слабо зависит от типа применяемого фотоматериала (в работе были исследованы фотоматериалы СРБШ, Agfa-Gevaert 8Е75, Agfa-Gevaert Millimask, Kodak HR, ВР-Л, ПФГ-01, с толщинами 2-18 мкм) и типа проявителя, что позволяет заключить, что h, в основном, определяется оптической плотностью СИ первичной голографической структуры.

3). В области высоких частот (v = 200 - 1500 мм"1) спад ПЧХ ВУФ-структур хорошо описывается моделью, связанной с действием сил поверхностного натяжения. Величины глубины поверхностного рельефа в указанном диапазоне частот хорошо согласуются с данными, полученными другими авторами на фотоэмульсионных слоях и слоях БХЖ.

4). Исследование аберраций голографических линз на основе введенного критерия качества изображения - модифицированного фактора четкости по Штрелю позволяет выделить искажения, вносимые в изображение собственно фотоэмульсионным слоем. Показано, что введение дополнительной обработки - засветки УФ-излучением с целью получения фазовой структуры голограммы, не только не приводит к ухудшению качества голографического изображения, а даже, как правило, улучшает его, по сравнению с качеством изображения, даваемым первичной амплитудной голограммой, в отличие от метода дубящего отбеливания. Показано, что это обстоятельство связано с компенсацией фазовых искажений при усадке слоя при удалении СИ из фотоэмульсии.

5). Измерение характеристик рассеяния света на ВУФ структурах показывает малый уровень светорассеяния и высокое отношение сигнал/шум в голографическом изображении, что связано с отсутствием мелкодисперсной структуры в желатиновом слое ВУФ-голограмм.

6). Основным механизмом образования рельефно-фазовой структуры ВУФ-голограмм является фотостимулированная деструкция желатины под воздействием УФ-излучения и растворение облученных участков фотоэмульсии в воде. Возрастание исходной задубленности желатинового слоя уменьшает величину поверхностного рельефа, поскольку большое количество поперечных связей препятствует фрагментации макромолекул в облученных участках желатины и растворению ее в воде. Предложенные математические модели образования рельефа хорошо описывают основные закономерности, наблюдаемые в эксперименте - насыщение зависимостей высоты рельефа от толщины желатинового слоя и времени засветки УФ-излучением.

7). Эффективная толщина фотографического слоя, участвующая в образовании рельефной структуры, относительно невелика (по сравнению с толщиной фотоматериала) и может составлять величину порядка самой глубины рельефа. Таким образом, для получения ВУФ-структур могут быть использованы сверхтонкие фотоэмульсионные слои с Г< 2 мкм.

8). СИ и изображение на основе отбеленного серебра являются эффективными модуляторами коротковолнового УФ-излучения в верхних слоях фотоэмульсии, что позволяет на низких частотах легко получать глубину поверхностного рельефа И > 0,6 мкм и добиться дифракционных эффективностей рельефно-фазовых структур, равных теоретическому пределу 34% для тонких голограмм.

9). Многоцикловая обработка, связанная с многократным повторением операций: облучение фотопластинок УФ-излучением ртутной лампы - купание в воде - сушка, позволяет получить на сравнительно толстой фотоэмульсии ВР-Л высоту рельефа порядка 7-8 мкм и осуществить травление фотоэмульсионного слоя до поверхности подложки в наименее экспонированных местах.

10). Обнаружено явление удвоения периода ВУФ-структур, подвергнутых многоцикловой обработке, которое проявляется при пространственных частотах, больших некоторого предела V > 23-60 мм"1, и достижения высоты рельефа И » 3 мкм, независимо от примененного в экспериментах типа источника УФ-излучения. Показано, что в области действия феномена структура состоит из "доменов", где решетки субгармоники сдвинуты относительно друг друга на половину периода.

11). Предложена модель явления удвоения периода ВУФ-структур, основанная на гипотезе существования двух взаимопротивоположных фотоиндуцированных превращений в желатине - деструкции и структурирования (дубления). Показано, что причиной явления удвоения периода является неустойчивость, связанная с тем, что рельефные изображения, порождаемые фотохимическими превращениями желатины, взаи-мообратны друг другу. Проведенные исследования позволяют выделить для модели явления удвоения периода ВУФ-структур следующие основные особенности: а) силы натяжения, возникающие при сушке фотоэмульсионного слоя, вследствие избирательного светового дубления желатины в менее экспонированных местах, инициируют нарушение пространственной симметрии структуры и попарное объединение гребней поверхностного рельефа, б) силы поверхностного натяжения играют важную роль в формировании структуры с удвоенным периодом, поскольку подобная перестройка структуры является термодинамически выгодной, в) существование "доменной структуры" можно объяснить флук-туациями светового дубления по поверхности фотоэмульсионного слоя, г) перестройка структуры более эффективна и затрагивает больший объем фотоэмульсионного слоя для экспериментов, где источники УФ-излучения содержат одновременно как коротковолновую (А. < 270 нм), так и длинноволновую компоненты (к > 270 нм) (ртутная лампа и эксимерная лампа на основе смеси Хе+СЬ), поскольку световое дубление в данном случае распространяется на всю толщину фотоэмульсионного слоя. Напротив, для экспериментов с источником, содержащим только коротковолновую компоненту (эксимерная лампа на смеси Kr+Cb, X < 230 нм), перестройка структуры носит менее выраженный, поверхностный характер, что связано с тем, что световое дубление ограничено только верхними слоями фотоэмульсионного слоя.

12). Разработанная методика "непрерывного травления" фотографического слоя при облучении фотопластинок УФ-излучением позволяет: а) получать глубокие рельефные структуры и осуществить травление фотоэмульсионного слоя до поверхности подложки в наименее экспонированных местах, подобно тому, как это делается при многоцикловой обработке, б) существенно сократить время облучения фотоматериала с часов (при многоцикловой обработке) до 15-20 мин, в) избежать появления феномена удвоения периода структуры и продвинуть ПЧХ в область более высоких частот, а также снизить искажения поверхности фотоэмульсионного слоя.

13). Установлена возможность переноса голографических ВУФ-структур с фотоэмульсионного слоя на подложку и создания структур с повышенной устойчивостью к внешним воздействиям в виде поверхности стекла, содержащей металлизированные хромом участки, либо в виде рельефа стеклянной подложки.

14). Методы создания ВУФ-структур позволяют реализовать ГОЭ со сложным профилем рельефа в периоде структуры, что продемонстрировано на примере создания осевых РЛП.

1. Ю. Н. Денисюк, "Об отображении оптических свойств объекта в волновом поле рассеянного им излучения", ДАН СССР, 1962, т. 144, С. 1275.

2. Е. N. Leith, J. Upatnieks, "Wavefront Reconstruction with Continious-Tone Transparencies", J. Opt. Soc. Am., 1963, vol. 53, P. 1377.

3. D. Meyerhofer, "Spatial resolution of relief holograms in dichromated gelatin", Appl. Opt., 1971, vol. 10, No. 2, P. 416-421.

4. Т. А. Лукина, А. Ф. Скочилов, "Голограммные узкополосные фильтры для подавления лазерного излучения одновременно на нескольких длинах волн", Оптический журнал, 1999, т. 66, №12, С. 84-87.

5. Ю. Н. Денисюк, Н. М. Ганжерли, И. А. Маурер, С. А. Писаревская, "Мультиплицирование голограмм в толстослойном бихромированном желатине", Оптика и спектроскопия, 1999, т. 86, №6, С. 1023-28.

6. А. N. Malov, N. О. Reinhard, Y. N. Vigovsky, I. V. Bogdan, Y. V. Molocilo, A. A. Petrov, "Non-traditional dichromated gelatin recording media synthesis technologies for holography", Proceedings ofSPIE, 2003, vol. 5134, P. 162-172.

7. K. Kurokawa, S. Koike, S. Namba, T. Mizuno, and T. Kubota, "Simplified method for preparing methylene-blue-sensitized dichromated gelatin", Appl. Opt., 1998, vol. 37, No. 14, P. 3038-3043.

8. B. J. Chang, K. Winick, "Silver-halide gelatin holograms", Proceedings ofSPIE, 1980, vol. 215, P. 172-177.

9. D. Pantelic and B. Murió, "Improving the holographic sensitivity of dichromated gelatin in the blue-green part of the spectrum by sensitization with xanthene dyes", Appl. Opt., 2001, vol. 40, No. 17, P. 2871-2875.

10. T. J. Kim, E. W. Campbell, R. Kostuk, "Determination of Average Refractive Index of Spin Coated DCG Films for HOE Fabrication", Proceedings ofSPIE, 1993, vol. 1914, P. 91100.

11. U.S. Habraken, P. Lemaire, P. A. Blanche and C. Jamar, "New facility for large-scale DCG transmission holographic gratings: status and evaluation", Proceedings of SPIE, 2002, vol. 4485, P. 460-468.

12. J. Crespo, M. Pardo, M. A. Satorre, and J. A. Quintana, "Ultraviolet spectrally responsive holograms in dichromated gelatin", Appl. Opt., 1993, vol. 32, No. 17, P. 3068-3072.

13. Z.N. Kalyashova, E.R. Galina, Yu.E. Kuzilin, A.G. Mikhailova, A.P. Pavlov, M.V. Tyutchev, "The large format relief-phase HOEs on DCG", Proceedings ofSPIE, 1993, vol. 2043, P. 186-191.

14. D. К. Angell, "Controlling Emulsion Thickness Variations in Silver Halide (Sensitized) Gelatin", Proceedings ofSPIE, 1988, vol. 883, P. 106-113.

15. A. Fimia, I. Pascual, A. Belendez, "Silver halide sensitized gelatin as a holographic recording material", Optics & Laser Technology, 1995, vol. 27, No. 5, P. 285-292.

16. C. Neipp , A. Belendez, I. Pascual, "The influence of the development in silver halide sensitized gelatin holograms derived from PFG-01 plates", Opt. Commun., 2000,173, P. 161167.

17. W. R. Graver, J. W. Gladden, and J. W. Eastes, "Phase holograms formed by silver halide (sensitized) gelatin processing",^/. Opt., 1980, vol. 19, No. 9, P. 1529-1536.

18. J. M. Kim, H. J. Bjelkhagen, N. J. Phillips, "HOEs recorded in silver halide sensitised gelatin emulsions", Proceedings ofSPIE, 2000, vol. 3956, P. 354-366.

19. M.V. Collados, J. Atenica, A. M. Lopez, M. Quintanilla, "Volume holographic elements in Kodak 131 plates processed with SHSG method", Proceedings ofSPIE, 2001, vol. 4419, P. 518-521.

20. N. J. Phillips, R. D. Rallison, C. A. Barnett, S. R. Schicker, Z. A. Coleman, "Dichromated gelatin some heretical comments", Proceedings ofSPIE, 1993, vol. 1914, P. 101-114.

21. Д. И. Стаселько, A. JI. Чураев, "Исследование фазовых характеристик регистрирующих сред для голографии", Оптика и спектроскопия, 1984, т. 57, вып. 4, С. 677-683.

22. Н. I. Bjelkhagen, "Silver-halide recording materials for holography and their processing", (Springer series in optical science, vol. 66), New York.: Springer-Verlag, 1993, P. 168-172.

23. P. Кольер, К. Беркхарт, JI. Лин, "Оптическая голография", М.: Мир, 1973, С. 326327.

24. C. Neipp, I. Pascual, and A. Beléndez, "Mechanism of hologram formation in fixation-free rehalogenating bleaching processes", Appl. Opt., 2002, vol. 41, No. 20, P. 4092-4103.

25. H. Kogelnik, "Coupled wave theory for thick hologram gratings", Bell Syst. Technol. J., 1969,48, No. 9, P. 2909-2947.

26. N. Kim, Qualitative analysis of bleached holographic diffraction grating in silver-halide emulsions", Optics Comm., 1994, vol. 105, No. 1,2; P. 1-6.

27. A. Graube, "Advances in bleaching methods for photographically recorded holograms", Appl. Opt., 1974, vol. 13, No. 12, P. 2942-2946.

28. C. Neipp, C. Pascual and A. Beléndez, "Mixed phase-amplitude holographic gratings recorded in bleached silver halide materials", J. Phys. D: Appl. Phys., 2002, 35, P. 957-967.

29. C. Neipp, A. Beléndez and I. Pascual, "Optimization of fixation-free rehalogenating bleach for BB-640 holographic plates", Proceedings ofSPIE, 2000, vol. 4149, P. 91-99.

30. C. Neipp, I. Pascual, and A. Beléndez, "Effects of overmodulation in fixation-free rehalogenating bleached holograms", Appl. Opt., 2001, vol. 40, No. 20, P. 3402-3408.

31. M. Ulibarrena, L. Carretero, R. Madrigal, S. Blaya, A. Fimia, "Multiple band holographic reflection gratings recorded in new ultra-fine grain emulsion BBVPan", Optics Express, 2003, Vol. 11, No. 25, P. 3385-3392.

32. I. Bányász," Spatial frequency dependence of the nonlinear characteristics of bleached silver-halide holographic materials", Optics Commun., 2003, 225, P. 269-275.

33. I. Bányász, "Direct measurement of the refractive index profile of phase gratings, recorded in silver halide holographic materials by p hase-contrast microscopy", Appl. Phys. Lett., 2003, vol. 83, No. 21, P. 4282-4284.

34. R. Kostuk, "Effects of bleach constituents on the performance of silver-halide holograms", Proceedings ofSPIE, 1990, vol. 1212, P. 55-62.

35. R. Kostuk, "Factorial optimization of bleach constituents for silver halide holograms", Appl. Opt., 1991, Vol. 30, No. 13, P. 1611-1616.

36. M. Ulibarrena, M. Méndez, L. Carretero, R. Madrigal, and A. Fimia "Comparison of direct, rehalogenating, and solvent bleaching processes with BB-640 plates ", Appl. Opt., 2002, Vol. 41, No. 20, P. 4120-4123.

37. C. Neipp, I. Pascual and A. Beléndez, "Fixation-free rehalogenating bleached reflection holograms recorded on BB-640 plates", Optics Commun., 2000,182, P. 107-114.

38. P. Hariharan and C. M. Chidley, "Rehalogenating bleaches for photographic phase holograms: the influence of halide type and concentration on diffraction efficiency and scattering", Appl. Opt., 1987, Vol. 26, No. 18, P. 3895-3898.

39. M. Ulibarrena, L. Carretero, R. Madrigal, S. Blaya, A. Fimia, "Nonlinear effects on holographic reflection gratings recorded with BB640 emulsions", Optics Express, 2003, Vol. 11, No. 16, P. 1906-1917.

40. M. Chang, N. George, "Holographic dielectric grating: Theory and practice", Appl. Opt., 1970, Vol. 9, No. 3, P. 713-719.

41. C.H. Малов, В.Г. Павлинский, "Модификация структуры отбеленных голограмм", в материалах конференции «XXIII Школа по голографии», см. Media-security.htm.

42. P. Hariharan and С. М. Chidley, "Rehalogenating bleaches for photographic phase holograms. 2: Spatial frequency effects", Appl. Opt., 1988, Vol. 27, No. 18, P. 3852-3854.

43. P. Hariharan and С. M. Chidley, "Photographic phase holograms: the influence of developer сomposition on scattering and diffraction efficiency", Appl. Opt., 1987, Vol. 26, No. 7 P. 1230-1234.

44. R. E. Jacobson, P. Baxter, "Factors influencing print-out in bleached holograms", Proceedings ofSPIE, 1992, vol. 1667, P. 243-255.47. "Оптическая голография". Под. ред. Г. Колфилда, М.: Мир, 1982, т. 2, С. 397.

45. А. Д. Гальперн, И. В. Калинина, JI. В. Селявко, В. П. Смаев, "О получении рельефно-фазовых голограмм на фотопластинках ПЭ-2 и их копировании", Оптика и спектроскопия, 1986, т. 60, вып. 5, С. 1040-42.

46. К. С. Богомолов, J1. П. Вахтангова, Э. А Груз, В. К. Козлова, В. И. Бобринцев, "Методы получения фазовых голограмм с высокой дифракционной эффективностью на фотопластинках типа BP-JI", В сб. «Проблемы голографии», М.: МИРЭА, 1973,С. 117121.

47. Т. Джеймс, "Теория фотографического процесса", Л.: Химия, 1980, С. 83.

48. Е. В. Brui, I. A. Galashkina, "Peculiarities of the photo-chemical processing of the reliefphase holograms, registered in the thin layer of AgHa emulsion", Proceedings ofSPJE, 1993, vol.2108, P. 103-109.

49. В. Ю. Баженов, H. M. Бурыкин, M. В. Васнецов, M. С. Соскин, В. Б. Тараненко, "Голографическая запись в бихромированной желатине", Автометрия, 1983, №5, С. 38.

50. С. А. Виноградов, С. Б. Катенин, Г. А. Шаги султанова, М. И. Бродзели, И. А. Елигулашвили, "Формирование центров скрытого изображения при экспонировании слоев бихромированной желатины", Журн. прикл. химии, 1988, т. 61, №4, С. 888-890.

51. М. Bolte, С. Pizzocaro, and С. Lafond, "Photochemical formation of chromium (V) in dichromated materials: a quantitative and comparative approach", Proceedings ofSPIE, 1998, vol. 3417, P. 2-11.

52. R. Grzymala and T. Keinonen, " Dark self-enhancement in dichromated-gelatin gratings: a detailed study ", Appl. Opt. 1999, Vol. 38, No. 35, P. 7222-7227.

53. A. Jl. Картужанский, В. M. Калюжный, А. А. Круть и В. А. Цендровский, "Исследование записи оптического изображения на хромированной желатине методом ИК спектрофотометрии", Опт. и спектроскопия, 1982, т. 53, №2, С. 380-383.

54. X. Liang-wen, L. Shihong, and P. Bi-xian, "Mechanism of hologram formation in dichromated gelatin with x-ray photoelectron spectroscopy", Appl. Opt., 1998, Vol. 37, No. 17, P.3678-3684.

55. M. Bolte, R. A. Lessard, C. Pizzocaro, "Photochemical process in dichromated photosensitive material: dichromated (polyvinil alcohol-poyacrylic acid) a model for dichromated gelatin?", Proceedings ofSPIE, 2002, vol. 4833, P. 555-561.

56. R. Grzymala and T. Keinonen, "Self-enhancement of holographic gratings in dichromated gelatin and polyvinyl alcohol films", Appl. Opt., 1998, Vol. 37, No. 28, P. 6623-6626.

57. В. П. Шерстюк, С. Б. Шевченко, Jl. Е. Мазур, В. П. Доценко, "Модификация процесса проявления голограмм в слоях бихромированной желатины", В сб. «Фотохимические процессы регистрации голограмм», под ред. В. А. Барачевского, JL: ФТИ, 1983, С. 146-152.

58. Н. Ф. Балан, В. В. Калинкин, Н. Н. Лосевский, А. Н. Малов, "Оперативная коррекция и дозапись голограмм в слоях бихромированной желатины", В сб. «Материалы и устройства для регистрации голограмм, под ред. В. А. Барачевского», Л.: ФТИ, 1986, С. 68-78.

59. D. Robinson, "Swelling of coated gelatin-silver bromide emulsion", Photogr. Sci. Eng., 1964, vol. 8, P. 220.

60. H. M. Smith, "Photographic relief images", J. Opt. Soc. Am., 1968, v. 58, No. 4, P. 533539.

61. J. H. Altman, "Pure relief images on type 649-F plates", Appl. Opt., 1966, vol. 5, No. 10, P.1689-1690.

62. P. Hariharan, "Bleached photographic phase holograms: The influence of drying procedures on diffraction efficiency", Opt. Commun., 1986, vol. 56, No. 5, P. 318-320.

63. P. Glafkides, "Photographic chemistry", London: Fountain Press, 1960, vol. 2, P. 663.

64. R. L. Lamberts, "Caracterization of bleached photographic material", Appl. Opt., 1972, vol. 11, No. 1,P. 33-41.

65. M. M. Бутусов, А. И. Иоффе, "Исследование параметров голографических периодических структур-мультипликаторов", Квантовая электроника, 1976, 3, № 5, С. 969-974.

66. Т. Н. Смирнова, О. В. Сахно, "Механизм формирования рельефно-фазовых структур в самопроявляющихся фотополимерах", Опт. и спектроскопия, 2002, т. 93, № 1, С. 136141.

67. К. Biedermann, N. Е. Molin, "Combination hypersensitization and rapid in situ processing for time-average observation in real-time hologram interferometry", Journal of Physics E: Scientific Instruments, 1970, vol. 3, P. 669-680.

68. K. S. Pennington, J. S. Harper, "Techniques for producing low-noise improved efficiency holograms", Appl. Opt., 1970, vol. 9, No. 7, P. 1643-1650.

69. Z. N. Kalyashova, A. G. Michailova, N. L. Travnikova, N. P. Shevchenko, "Ion treatment of relief-phase holograms on dichromated gelatin", Proceedings ofSPIE, 1993, vol. 2043, P. 182-185.

70. S. Calixto, M. S. Scholl, "Relief optical microelements fabricated with dichromated gelatin", Appl Opt., 1997, vol. 36, No. 10, P. 2101-2106.

71. E. Sklyar, "Local inhomogeneities in the refractive index of gelatin containing a silver image treated with a tanning bleach", Phot. Sci. Eng., 1969, vol. 13, No. 1, P. 29-31.

72. R. L. Lamberts, "Optical-path variation in a photographic emulsion", J. Opt. Soc. Am., 1970, v. 60, No. 10, P. 1389-1397.

73. T. A. Shankoff, "Phase holograms in dichromated gelatin", Appl. Opt., 1968, vol. 7, No. 10, P. 2101-2105.

74. R. К. Curran, Т. A. Shankoff, "The mechanism of hologram formation in dichromated gelatin", Appl. Opt., 1970, vol. 9, No. 7, P. 1651-1657.

75. Ю. E. Кузилин, Ю. Б. Мельниченко, В. В. Шилов, "Формирование топографической структуры голограммного зеркала при послеэкспозиционной обработке слоя БХЖ", Оптика и спектроскопия, 1990, т. 69, вып. 1, С. 174-177.

76. В. С. Образцов, Е. В. Каляшов, J1. М. Коржикова, В. С. Сизразетдинов, 'Топографические отражающие растры на бихромированной желатине", Оптический журнал, 1999, т. 66, №11, С. 99-101.

77. S. Mechahougui, D. Gesbert, P. Meyrueis, "Study of influence of processing baths on the modulation profile of volume holographic gratings", Optics & Laser Technology, 1995, vol. 27, No. 5, P. 293-297.

78. W. Ketai, G. Lurong, Z. Jianhua, Z. Weiping, T. Jiyaueo, and P. Lin, "Methylene-blue-sensitized dichromated g elatin holograms with antihumidity polymer с oatings", Appl. Opt., 1997, vol. 36, No. 14, P. 3116-3119.

79. Ю. E. Усанов, M. К. Шевцов, "Принципы получения микропустотных галогенидосеребряных желатиновых голограмм", Оптика и спектроскопия, 1990, т. 69, вып. 1,С. 183-187.

80. Ю. Е. Усанов, М. К. Шевцов, Н. J1. Кособокова, Е. А. Кириенко, "Механизм образования микропустотной структуры и методы получения галогенидосеребряных желатиновых голограмм", Оптика и спектроскопия, 1991, т. 71, вып. 4, С. 651-658.

81. Е. S. Simova, М. Kavehard, "Silver-halide sensitized gelatin derived from Agfa-Gevaert holographic plates", Appl. Opt., 1994, vol. 33, No. 10, P. 1875-1879.

82. C. Neipp, I. Pascual, A. Beléndez, "Silver halide sensitized gelatin derived from BB-640 holographic emulsion", Appl. Opt., 1999, vol. 38, No. 8, P. 1348-1356.

83. C. Neipp, A. Márquez, I. Pascual, A. Beléndez, "Thick phase holographic gratings recorded on BB-640 and PFG-01 silver halide materials", J. Opt. A: Pure Appl. Opt., 2003, 5, P. S183-S188.

84. J. M. Kim, B. S. Choi, Y. S. Choi, S. I. Kim, J. M. Kim, H. I. Bjelkhagen, N. J. Phillips, "Transmission and reflection SHSG holograms", Proceedings of SPIE, 2001, vol. 4296, P. 213-225.

85. M. К. E vstigneeva, О. V. D rozdova, V.N. Mikhalov," Silver-halide s ensitized g elatin (SHSG) processing method for pulse holograms recorded on VRP plates", Proceedings of SPIE, 2002, vol. 4659, P. 213-225.

86. E. Navarrete-Garcia, S. Calixto, "Surface relief zone plates fabricated with photographic emulsions", Appl Opt., 1998, vol. 37, No. 4, P. 739-746.

87. E. Navarrete-Garcia, S. Calixto, "Continuous surface relief micro-optical elements fabricated on photographic emulsions by use of binary and halftone masks", Optical Materials, 2003, 23, P. 501-512.

88. E. Б. Бруй, С. H. Корешев, "Особенности тонких слоев фотоэмульсии ПЭ-2 для получения низкочастотных рельефных голограммных структур", Оптика и спектроскопия, 1989, т. 67, вып. 3, С. 685-688.

89. С. Н. Корешев, С. В. Гиль, "О форме профиля низкочастотных рельефных голограммных структур, получаемых на тонких слоях фотоэмульсии ПЭ-2", Оптика и спектроскопия, 1990, т. 68, вып. 2, С. 422-426.

90. Р. Б. Андреев, В. Г. Беспалов, Д. А. Загорская, В. Н. Крылов, Г. А. Муранова, Б. И. Петров, Е. Ю. Ютанова, "Голограммные оптические элементы на зеркальных металлических подложках для лазерных систем", Оптический журнал, 1997, т. 64, №4, С. 87-91.

91. А. Д. Гальперн, М. М. Ермолаев, И. В. Калинина, J1. В. Селявко, В. П. Смаев, "Исследование возможности получения рельефно-фазовых голограмм на галоидосеребряных фотоматериалах", Опт.-мех. пром-сть, 1985, №5, С. 4-5.

92. F. N. Ecevit, A. Ala?akir, and R. Aydin, "Investigation of AGFA-8E56HD photographic emulsion and relief hologram structures by atomic force microscopy", Appl. Opt. 1996, vol. 35, No. 31, P. 6227-6230.

93. A. Schmackpfeffer, W. Jarisch, W.W. Kulke, "High-efficiency phase-hologram grating", IBM J. Res. Develop., September 1970, P. 533-538.

94. T. Ahlhom, K. Gnadig, H. Kreye, "Transferring relief holograms formed in silver halide emulsions into nickel foils for embossing", in Proceedings of SUR/FIN'93, American Electroplaters and Surface Finishers Society, Orlando, Fla., 1993, P. 21-24.

95. L. Pang, Y. Yan, G. Jin, M. Wu, "Chemical cleaving method of relief microstructure formation on dichromated gelatin",^/. Opt., 2000, Vol. 39, No. 13, P. 2184-2188.

96. H. I. Bjelkhagen, D. Vukicevic, "Surface relief hologram recording in silver halide gelatin emulsion", Proceedings ofSPIE, 1993, vol. 1732, P. 137-148.

97. H. Li, X. Huang, "Mechanism of enzyme-etching dichromated gelatin and swelling of gelatin", Proceedings ofSPIE, 2001, vol. 4557, P. 471-476.

98. K. S. Pennington, J. S. Harper, F. P. Laming, "New phototecnology suitable for recording phase holograms and similar information in hardened g elatin", Appl. Phys. Lett., 1971, vol. 18, No. 3,P. 80-84.

99. G. Liebmann, F. Schmidt, A. Storch, "Ein Umkehrverfahren zur Herstellung stabiler Phasenhologramme ", J. Signal AM, 1975, 3, No. 6, P. 471 -475.

100. Заявка 1330729 Великобритания, International Classification G03C 5/50, "A method for recording in hardened gelatin", J. S. Harper, F. P. Laming, K. S. Pennington, Complete Specification published 19 Sept. 1973.

101. Пат. 3695879 США, Int. CI. G03c 5/24, "Hologram life extension", F. P. Laming, S. L. Levine, G. T. Sincerbox, Patented Oct. 3,1972.

102. Пат. 4509817 США, Int. CI. G03H 1/02, "Method for correcting volume-phase-gelatin holograms Bragg's angle deviation", P. P. Ho, B. A. Gorin, N. S. Bora, Patented Apr. 9, 1985.

103. N. Nishida, "Bleached phase hologram containing nonsilver metal compound", Appl. Opt., 1974, vol. 13, No. 12, P. 2769-2770.

104. D.Vila, E. Wesly, "Controlling the effects of ultra-violet light on holographic emulsion " Proc. Int'l Symp. on Display Holography, ed. by T.H.Jeong, Lake Forest College, IL 60045, USA, 1989, Vol. 3,P. 141-148.

105. Ж. JI. Броун, В. А. Сагариц, Т. H. Карнаух, "Исследование фотолиза мелкозернистых липпмановских и "прозрачных", ПЭ-1, фотоматериалов", В сб. «Проблемы голографии», М.: МИРЭА, 1973, С. 146-150.

106. О. Н. Козаков, С. А. Кулипанов, "Поглощение излучения бромосеребряными эмульсионными слоями в ультрафиолетовой области спектра", Журн. пауч. и прикл. фотографии, 1994, т. 39, №1, С. 17-22.

107. D. J. Young, "A method of permanently controlling the thickness and profile of a processed photographic emulsion", Journ. Photogr. Sci, 1975, vol. 23, P. 190-192.

108. P. P. Герке, E. Д. Воейкова, В. А. Вейденбах, Г. И. Коваль, Т. Г. Дубровина, "Голографическая дифракционная решетка", Опт-мех. пром-сть, 1978, №2, С. 64.

109. Ю. И. Журба, "Краткий справочник по фотоматериалам", М.: Искусство, 1988, С. 320.

110. W. R. Klein, "Theoretical efficiency of Bragg devices", Proc. IEEE, 1966, vol. 54, No. 5, P. 803-804.

111. M. Борн, Э. Вольф, "Основы оптики ", М.: Наука, 1973, С. 553-554.

112. A. G. Gara, F. Т. S. Yu, "Effect of emulsion thickness variations on wave front reconstruction", Appl. Opt., 1971, vol. 10, No. 6, P. 1324-1328.

113. Ф. Т. С. Юу, "Введение в теорию дифракции, обработку информации и голографию", М.: Советское радио, 1979, С. 247-254.

114. Дж. Гудман, "Введение в фурье-оптику", М.: Мир, 1970, С. 186.

115. И. Фойгт, "Стабилизация синтетических полимеров против действия тепла и света", Л.: Химия, 1972, С. 53-56.

116. Б. В. Некрасов. "Основы общей химии", т. 2., М.: Химия. 1967, С. 48.

117. М. Гудман, Ф. Морхауз. "Органические молекулы в действии", М.: Мир, 1977, С. 290.

118. У. Моро. "Микролитография: В 2-х ч.", М.: Мир, 1990, С. 52, 637-648.

119. Е. D. Palik (Editor), "Handbook of Optical Constants of Solids", Orlando (Florida): Academic Press, 1985, P. 355-356.

120. W. G. Driscoll (Editor), "Handbook of Optics", N.Y.: McGraw-Hill Book Co., 1978, P. 7-50.

121. И. В. Тананаев, Г. Б. Сейфер, Ю. Я. Харитонов, В. Г. Кузнецов, А. П. Корольков, "Химия ферроцианидов", М.: Наука, 1971, С. 8,41,243.

122. Г. Я. Гордон, "Стабилизация синтетических полимеров", М.: ГНТИХЛ, 1963, С. 108-122.

123. Д. Гиллет, "Фотофизика и фотохимия полимеров. Введение в изучение фотопроцессов в макромолекулах", М.: Мир, 1988, С. 92.

124. И. И. Тугов, Г. И. Кострыкина, "Химия и физика полимеров", М.: Химия, 1989, С. 205-207.

125. К. Миз, "Теория фотографического процесса", М.: ГИТТЛ, 1949, С. 81-82.

126. Н. Brintzinger, К. Maurer, "Die Wirkung chemisch aktiver Strahlen auf Gelatine", Kolloid-Zeitschrift, 1927,41, P. 46-50.

127. N. Bityurin, S. Muraviov, A. Alexandrov, A. Malyshev, "UV laser modifications and etching of polymer films PMMA below the ablation threshold", Appl. Surf. Sci., 1997, 109/110, P. 270-274.

128. A.P.Golovitski, S. Kan, "Incoherent UV light emission from low pressure glow discharge in rare gas-halogen mixtures", «Proceedings of the ICPIG XXI», Bochum ( Germany), 1993, vol.2, P.319-320.

129. Ф. Мун, "Хаотические колебания", M.: Мир, 1990, С. 64.

130. S. Mallick, В. Imbert, H. Ducollet, J. P. Herriau and J. P. Huigard, "Generation of spatial subharmonics by two-wave mixing in a nonlinear photorefractive medium", J. Appl. Phys., 1988, vol. 63, No. 12, P. 5660-5663.

131. О. П. Нестеркин, E. П. Шершаков, "Параметрическая генерация решетки пространственной субгармоники в фоторефрактивном кристалле. Теория", ЖТФ, 1993, т. 63, в. 8, С. 107-122.

132. A. Grunnet-Jepsen, S. J. Elston, I. Richter, J. Takacs, andL. Solymar, "Subharmonic domains in a bismuth germanate crystal", Opt. Lett., 1993, vol. 18, No. 24, P. 2147-2149.

133. K. Shcherbin, "Spatial subharmonics in a photorefractive semiconductor", Л/э/э/. Phys. B, 2000, 71, P. 123-127.

134. P. В uchhave, S. Lyuksyutov, M. V asnetsov, С. H eyde," Dynamic spatial s tructure о f spontaneous beams in photorefractive bismuth silicon oxide", J. Opt. Soc. Am. В., 1996, vol. 13, No. 11, P. 2595-2601.

135. L. Pang, Y. Yan, G. Jin, M. Wu "Resistance of dichromated gelatin as photoresist", Proceedings ofSPIE, 1999, vol. 3875, P. 230-238.

136. L. Pang, J. Zhu, Y. Zeng, H. Xiao, L. Guo, "Improvement on spatial resolution of relief hololgrams in dichromated gelatin", Proceedings ofSPIE, 1998, vol. 3559, P. 60-64.

137. P. Boivin, "Multiple imaging using various types of simple phase gratings", Appl. Opt, 1972, vol. 11, No. 8, P. 1782-1792.

138. H. Damman, K. Gortler, "High-efficiency in-line multiply imaging by means of multiply phase holograms", Opt. Commun., 1971,3, P. 312-315.

139. С. Т. Бобров, Б. H. Котлецов, В. И. Минаков, Ю. Г. Туркевич, "Дифракционные решетки с порядками одинаковой интенсивности", В сб. «Голографические измерительные системы», вып. 2, Новосибирск: НЭТИ, 1978, С. 123-129.

140. S.J. Walker, J. Jahns, "Array generation with multilevel phase gratings", J. Opt. Soc. Am. A, 1990, vol. 7, P. 1509-1513.

141. D. Prongue, H. P. Herzig, R. Dandliker, M. T. Gale, "Optimized kino form structures for highly efficient fan-out elements", Appl. Opt. 1992, vol. 31, No. 26, P. 5706-5711.

142. A. Schilling, P. Nussbaum, С. Ossmann, S. Traut, M. Rossi, H. Schift, H. P. Herzig, "Miniaturized, focusing fan-out elements: design, fabrication and characterization", J. Opt. A: Pure Opt., 1999,1, P. 244-248.

143. P. Ehbets, M. Rossi, H. P. Herzig, "Continuous-relief fan-out elements with optimized fabrication tolerances", Opt. Engin., 1995, vol. 34, No. 12, P. 3456-3463.

144. A. Vasara, M.R. Taghizadeh, J.Turunen, J. Wasterholm, E. Noponen, H. Ichikawa, J.M. Miller, T. Jaakkola, S. Kuisma, "Binary surface-relief gratings for array illumination in digital optics", Appl. Opt., 1992, vol. 31, No. 17, P. 3320-3336.

145. H. P. Herzig, P. Ehbets, D. Prongue, R. Dandliker, "Fan-out elements recorded as volume holograms: optimized recording conditions", Appl. Opt., 1992, vol. 31, No. 26, P. 5716-5723.

146. A. Granger, L. Song, R. A. Lessard, "Multiple beam generation using a stratified volume holographic grating",^/. Opt., 1993, vol. 32, No. 14, P. 2534-2537.

147. M.M. Бутусов, А.И. Иоффе, "Исследование параметров топографических структур-мультипликаторов", Кв. электроника, 1976, 3, №5, С. 969 974.

148. Е. A. Pshenay-Severin, S. N. Gulyaev, "Holographic fan-out elements synthesized by the repeated recording process", Proceedings ofSPIE, 2004, vol. 5400, P. 170-178.

149. H. M. Smith, "Holographic recording materials", N. Y.: Springer-Verlag, 1977, P. 78.

150. СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

151. М. М. Бутусов, С. Н. Гуляев, В. В. Судариков, "Голографическая эффективность и механизмы дифракции света на голограмме", Квантовая электроника, 1975, т.2, №1, С.13-17.

152. М. М. Бутусов, С. Н. Гуляев, "Фазовые голограммы на задубленном ультрафиолетовым излучением желатине", В сб. «Оптическая голография и её применение в промышленности», Л.: ЛДНТП, 1976, С. 36-40.

153. С. Н. Гуляев, К. К. Алимов, М. М. Бутусов, "Изготовление высокоэффективных малошумящих голограмм методом обработки фотоэмульсий УФ-излучением", Материалы X Всесоюзной Школы по голографии, Л.: ЛИЯФ, 1978, С. 85-95.

154. К. К. Алимов, М. М. Бутусов, С. Н. Гуляев, "Получение фазовых голограмм на фотоэмульсиях, обработанных ультрафиолетовым излучением", В сб. «Голографические измерительные системы», вып. 2, Новосибирск: НЭТИ, 1978, С. 8999.

155. С. Н. Гуляев, Д. Э. Нефедьев, "Изменение периода голографических решеток при воздействии коротковолнового УФ-излучения на фотоэмульсию", Материалы XXI Всесоюзной Школы-симпозиума по голографии, Л.: ФТИ, 1990, С. 40-57.

156. S.N. Gulyaev, I.V. Isaev, "Phenomenon of period-doubling in holographic periodic structures exposed to UV radiation", Proceedings ofSPIE, 2001, Vol. 4348, P. 59-67.

157. С. H. Гуляев, В. П. Ратушный, "Свойства рельефно-фазовых голограмм, полученных при обработке фотопластинок коротковолновым ультрафиолетовым излучением и двухступенчатом отбеливании", Оптический журнал, 2003, том 70, №2, С. 45-49.

158. E. A. Pshenay-Severin, S. N. Gulyaev, "Holographic fan-out elements synthesized by the repeated recording process", Proceedings ofSPIE, 2004, Vol. 5400, P. 170-178.