Способ создания светочувствительной среды для записи объемных голограмм излучением второй гармоники АИГ:Nd-лазера

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ СОЗДАНИЯ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ЗАПИСИ ОБЪЕМНЫХ ГОЛОГРАММ ИЗЛУЧЕНИЕМ ВТОРОЙ ГАРМОНИКИ АИГ-ЛАЗЕРА(22) 2004.11.24 научное учреждение Институт физики(71) Заявитель Государственное научное академии наук Беларусиучреждение Институт физики имени(56) Эфендиев Т.Ш. РОС-лазер на осноБ.И.Степанова Национальной акадеве активированного красителем желатимии наук Беларусинового геля. Мат.Белорусско-литов(72) Авторы Эфендиев Терлан Шаид оглы ского семинара. Лазеры и оптическая Катаркевич Василий Михайлович нелинейность. - Мн., 2002, С. 150-156. Рубинов Анатолий Николаевич 1173486 , 1969.(57) Способ создания светочувствительной среды для записи объемных голограмм излучением второй гармоники АИГ-лазера, включающий смешивание красителя, желатина,дистиллированной воды и этилового спирта, с последовательными выдержками раствора при комнатной температуре и в водяной бане при температуре 50 С, заливку готового раствора в герметичную кювету из прозрачного стекла и его студенение, отличающийся тем, что вначале краситель в количестве, обеспечивающем поглощение готового раствора на длине волны указанного излучения в пределах 10-50 см-1, растворяют в этиловом спирте,полученную смесь растворяют в дистиллированной воде с условием обеспечения концентрации этилового спирта 5 от объема водно-этанольного раствора, затем в полученную смесь добавляют желатин в количестве, равном 25 от веса водно-этанольного раствора,затем осуществляют две указанные операции выдержки полученного раствора в течение 1-2 ч и 2 ч соответственно, кювету перед заливкой подогревают до температуры 50-55 С,выдерживают ее после заливки раствора при температуре 45-50 С не менее 1 ч, а студенение осуществляют при температуре 22-25 С в течение 3-4 ч. 9613 1 2007.08.30 Изобретение относится к области голографии и может найти широкое применение при создании узкополосных селекторов излучения. Трехмерная голограмма, т.е. голограмма, записанная в объемной светочувствительной среде, обладает рядом полезных свойств по сравнению с двумерной голограммой. Среди них необходимо отметить высокую угловую и спектральную селективность, возможность многократной записи голограмм на одном и том же участке светочувствительного материала, возможность реконструкции изображения в белом свете и др. Известен способ записи объемных голограмм путем приготовления толстослойного светочувствительного материала на основе содержащего глицерин бихромированного желатина, студенения и сушки слоя, экспонирования его излучением гелий-кадмиевого лазера 1. Полученные таким способом голограммы не обладают свойством реверсивности,т.е. способ не позволяет осуществлять перезапись голограмм. Ближайшим техническим решением к предлагаемому (прототип) является способ записи объемных голограмм, включающий приготовление светочувствительного материала на основе водно-желатинового раствора красителя с концентрацией желатина 20 , заливку раствора в герметичную кювету из прозрачного стекла, студенение и экспонирование его двумя сходящимися пучками излучения второй гармоники ИГ-лазера 2.При воздействии на светочувствительную среду интерферирующих лазерных пучков в ней записывается фазовая объемная голограмма. Создаваемая в среде модуляция показателя преломления связана с изменением объемной плотности и структуры молекулярной сетки желатина, вызываемым образованием фотосшивок молекул красителя с желатином в местах интерференционных максимумов поля. Записанные решетки могут стираться путем нагревания среды до температуры 40 С, а затем снова записываться в том же объеме,т.е. обладают свойством реверсивности. Недостатком такого способа является невысокая дифракционная эффективность записанных голограмм. Задачей изобретения является повышение дифракционной эффективности голограмм. Поставленная задача решается следующим образом. В способе записи объемных голограмм, включающем приготовление светочувствительного материала на основе водножелатинового раствора красителя, заливку раствора в герметичную кювету из прозрачного стекла, студенение и экспонирование его двумя сходящимися пучками излучения второй гармоники АИГ-лазера, согласно изобретению, краситель предварительно растворяют в этиловом спирте, полученную смесь растворяют в дистиллированной воде, а затем в этот раствор добавляют желатин. Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами, где фиг. 1 - схема записи объемных голограмм на фиг. 2 показаны измеренные на спектрофотометре 500 спектры поглощения водно-желатинового раствора родамина 6 Ж, содержащего 20 желатина и 5 этанола(кривая 1) и чистого (т.е. без красителя) водно-желатинового раствора с аналогичным содержанием указанных выше компонент (кривая 2) на фиг. 3 показана измеренная зависимость дифракционной эффективности голограммы от дозы облучения светочувствительной среды при плотности энергии излучения записи 38 мДж/см 2. Кривая 1 соответствует способу записи по прототипу, кривая 2 - предлагаемому способу. Запись голограммы по предлагаемому изобретению осуществляется следующим образом. Краситель растворяют в этиловом спирте, затем полученный раствор добавляют в дистиллированную воду и перемешивают. Концентрация этанола в приготовленном растворе составляет 5 от объема водно-этанольного раствора красителя. Концентрация красителя в приготовленном растворе соответствует поглощению на длине волны 532 нм в пределах 10-50 см-1. В полученный раствор добавляют желатин в количестве, равном 25 от веса водно-этанольного раствора красителя. Желатин набухает в растворе в течение 1-2 ч при температуре 18-21 С. Затем смесь помещают в водяную баню и выдержи 2 9613 1 2007.08.30 вают при температуре 50 С при периодическом помешивании в течение 2 ч. Приготовленный раствор заливается в герметичную кювету из оптического стекла. Расстояниемежду рабочими окнами кюветы К (фиг. 1) выбирается исходя из концентрации раствора таким образом, чтобы излучение записи освещало светочувствительный материал по всей глубине. Глубина проникновения излучения записи в растворзависит от его концентрации следующим образом 1/, где- число молекул красителя в единице объема см-3,- сечение поглощения молекул красителя на длине волны излучения записи см 2. Расчет показывает, что для раствора с коэффициентом поглощения 50 см-1 расстояние между окнами составляет 0,2 мм, а для раствора с коэффициентом поглощения 10 см-1 эта величина равна 1 мм. Из приведенных на фиг. 2 спектров поглощения видно, что концентрация родамина 6 Ж соответствует поглощению 36 см-1 на длине волны 532 нм, в то время как поглощение чистого водно-желатинового раствора не превышает 1 см-1. Таким образом, в поглощение среды основной вклад вносят молекулы красителя. Перед заливкой раствора в кювету ее прогревают до температуры 50-55 С. Кювету с залитым раствором выдерживают при температуре 45-50 С не менее 1 ч. Затем полученный раствор студенится при температуре 22-25 С в течение 3-4 ч. В отличие от прототипа предложенная последовательность операций позволяет получать однородную по всему объему светочувствительную среду. В этом случае качество записанной голограммы существенно выше, что и приводит к повышению дифракционной эффективности. Запись голографической информации осуществлялась двумя сходящимися пучками излучения второй гармоники (532 нм) АИГ-лазера со спектральной шириной линии 0,5610-3 нм, энергией импульсов 40 мДж при их длительности 0,517 нс и частоте следования до 50 Гц. Пучок излучения 2-ой гармоники, расширенный пятикратным телескопом Т, с помощью 50 -го зеркала З 1 разделялся на два пучкаипримерно равной интенсивности, которые с помощью глухого зеркала З 2 (пучок ) и оптической линии задержки ОЛЗ (пучок ) с близкой к нулевой разностью хода сводились на рабочей поверхности светочувствительной среды СС в кювете К. Угол схождения пучков 26 соответствовал пространственной частоте 1/200 мм-1 (где 5 мкм - период пространственной решетки). Интерферирующие пучки излучения записи распространялись симметрично относительно нормали к поверхности входного окна кюветы К. Диаметр экспонируемого пятна был около 10 мм. Дифракционная эффективность записанной голограммы определялась по формуле 1/0100 , где 1 - интенсивность дифрагировавшего пучка, 0 - интенсивность считывающего пучка. Считывание голограммы осуществлялось излучением гелий-неонового лазера (632,8 нм). Проведены измерения дифракционной эффективности голограмм, записанных по способу-прототипу и по предлагаемому способу (фиг. 3). В обоих случаях концентрация желатина и этанола в светочувствительном материале составляла 20 и 5 соответственно. Использовался краситель родамин 6 Ж. Поглощение слоя толщиной 0,4 мм на длине волны записи (532 нм) составляло 25 см-1. Энергетическая экспозиция не превышала 200 Дж/см 2. Измеренная дифракционная эффективность голограммы, записанной по способу-прототипу, составляла около 2,8 . В то же время дифракционная эффективность голограммы,записанной по предлагаемому способу, достигала 6,1 . 9613 1 2007.08.30 Источники информации 1. Денисюк Ю.Н. и др. Толстослойный глицеринсодержащий бихромированный желатин для записи объемных голограмм // Письма в ЖТФ. - 1997. - Т. 23. -7. - С. 62-66.2. Эфендиев Т.Ш. и др. РОС-лазер на основе активированного красителем желатинового геля. Мат.Белорусско-литовского семинара. Лазеры и оптическая нелинейность. Мн., 2002, С. 150-156. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4