ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЛОГЕНИДОСЕРЕБРЯНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ В СИНЕЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА
ГОЛОГРАФИЯ
УДК 778.38.02: 771.534.13/2
ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЛОГЕНИДОСЕРЕБРЯНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ В СИНЕЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА
© 2010 г. Н. Д. Ворзобова*, канд. техн. наук; Р. В. Рябова**, канд. техн. наук; Е. В. Соколова*; Н. М. Калинина*; А. Н. Пономарев**; канд. физ.-мат. наук
** Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, ** механики и оптики, Санкт-Петербург
** Российский научный центр “Курчатовский институт”, Москва
** Е-mail: vorzobova@mail.ifmo.ru, rose_ryabova@mail.ru, kontessa@yandex.ru
Исследованы голографические характеристики промышленных и новых галогенидосеребряных материалов при записи отражательных голограмм в синей области спектра. Определены условия получения дифракционной эффективности выше 50% в промышленных материалах, не сенсибилизированных в синей области, а также условия синтеза эмульсий и оптической сенсибилизации, позволившие увеличить чувствительность до 8 раз относительно промышленных материалов.
Ключевые слова: голографические характеристики, галогенидосеребряный материал, оптическая сенсибилизация, дифракционная эффективность, чувствительность.
Коды OCIS: 090.0090, 090.2900
Поступила в редакцию 08.02.2010
Развитие классических направлений голографии (изобразительная техника, голографическая интерферометрия, голографические оптические элементы), а также появление новых направлений (голографическая литография, защитные элементы) определяет необходимость получения высоких голографических параметров при записи в синей области спектра. Регистрирующие среды, применяемые для голографической записи в синей области (слои на основе бихромированного желатина, фоторезисты), не удовлетворяют требованиям к чувствительности, выдвигаемым рядом новых задач. В связи с этим целесообразной является ориентация на галогенидосеребряные материалы, по чувствительности существенно превосходящие несеребряные. Голографические материалы на основе галогенида серебра широко используются для записи в красной и зеленой областях спектра, что в значительной степени связано с наличием промышленно выпускаемых материалов (ОАО “Славич”, г. Переславль-Залесский), сенсибилизированных к этим областям. Целью данной работы являлось исследование характеристик промышленных материалов при голографической записи в синей области спектра, а также разработка
новых материалов с сенсибилизацией к синей области спектра.
Исследование голографических характеристик материалов проводилось при записи отражательных голограмм плоских волн на длине волны 442 нм излучением гелий-кадмиевого лазера ГКЛ-40(И). Для обработки экспонированных материалов использовались процессы, обеспечивающие формирование коллоидного серебра (проявители типа ГП при изменении концентрации роданистого аммония и едкого калия), и процессы с отбеливанием, обеспечивающие перевод галогенида серебра в прозрачные соли [1]. Дифракционная эффективность измерялась на длине волны 633 нм при расширении эмульсионного слоя для обеспечения условия Брэгга.
На рис. 1 представлены экспозиционные кривые дифракционной эффективности для материалов ПФГ-03м, сенсибилизированных к красной области спектра, и ПФГ-03ц, сенсибилизированных к красной и зеленой областям, полученные при обработке в проявителе ГП-2 классического состава и оптимизированного состава, в котором концентрации роданистого аммония и едкого калия увеличены в два раза. При обработке в опти-
32 “Оптический журнал”, 77, 8, 2010
ДЭ, %
40
30
42
20
10 0 –4
1
3
–3 –2 –1
lgE, Дж/см2
Рис. 1. Экспозиционные кривые дифракционной эффективности (ДЭ) материалов ПФГ-03м (1, 2) и ПФГ-03ц (3, 4). Обработка в проявителе ГП-2 – 20 мин (1, 3), ГПопт – 6 мин (2, 4).
мизированном по составу проявителе получены значения дифракционной эффективности более 40%, что достаточно для решения ряда практических задач. Использование проявителей типа ГП имеет преимущество, связанное с малой трудоемкостью процесса обработки, однако, при восстановлении излучением в синей области спектра дифракционная эффективность уменьшается в 2–3 раза вследствие высокого поглощения коллоидного серебра. В связи с этим наибольший интерес представляет процесс с отбеливанием. На рис. 2 приведены экспозиционные кривые дифракционной эффективности промышленных материалов ПФГ-03м и ПФГ-03ц при обработке в проявителе CW C2 с последующим отбеливанием в растворе PBU на основе нитрата железа с амидолом [1]. Получены значения дифракционной эффективности более 50%, соизмеримые с достигаемыми на этих материалах при записи в красной и зеленой областях, но при снижении чувствительности.
С целью увеличения чувствительности в синей области спектра синтезированы новые материалы на основе эмульсии РНЦ “Курчатовский институт”. В связи с тем, что уменьшение длины волны записывающего излучения предъявляет повышенные (в сторону увеличения) требования к разрешающей способности, определяемой размерами светочувствительных кристаллов галогенида серебра, проведена оптимизация условий эмульсификации. Сокращение длительности эмульсификации, использование разбавленных растворов, синтез при высоких значениях pAg, а также введение стабилизатора (Sta-соль) позволили получить размеры кристаллов 10–20 нм. С целью сенсибилизации к синей области спектра исследован ряд оптических сенсибилизаторов с полосой поглощения в данной области (таблица). Проведена оптимизация концентрации рабочих растворов и количества
ДЭ, %
50
40 2 1
30
20
10
0 –4 –3 –2 –1
lgE, Дж/см2
Рис. 2. Экспозиционные кривые дифракционной эффективности материалов ПФГ-03м (1) и ПФГ-03ц (2). Обработка в проявителе CW C2 – 3 мин, отбеливатель PBU.
Исследованные оптические сенсибилизаторы
Химическое название
2π-диметиламиностирилбензтиазол Триэтиламмониевая соль 3,3′-ди-(γ-сульфопропил)5,5′-диметокситиацианинбетаина
1,3-диметил-5(3′-метилпирролидинилиден-2′этилиден)-имидазолидинтион(2)-ОН(4) 3,3′-диэтилтиазолинокарбоцианинйодид/ (π-толуолсульфонат)
Марка МА-30 6439
1610
109
Эмпирическая формула C17H16N2S
С29H41O8N3S4H2O
C12H17ON3S
C13H21N2S2I
λmax, нм
470 470
Δλ, нм
400–500 400–500
460 400–540 470 400–520
“Оптический журнал”, 77, 8, 2010
33
ДЭ, %
50
4
40
30 5
20 10
0 –4
2 3
1
–3
–2 –1
lgE, Дж/см2
Рис. 3. Экспозиционные кривые дифракционной эффективности новых материалов. Обработка в проявителе ГП-2 – 10 мин (1) и 2 мин (2), ГПопт – 3 мин (3), 6 мин (4), 12 мин (5).
вводимого сенсибилизатора для исключения эффекта десенсибилизации. Лучшие результаты получены для сенсибилизаторов МА-30 и 1610 при их введении в следующих количествах: МА-3 – 0,0025 г сенсибилизатора (М = 280,38) в виде спиртового раствора на один грамм галогенида серебра, 1610 – 0,006 г сенсибилизатора (М = 251) в виде спиртового раствора на один грамм галогенида серебра.
На рис. 3 приведены голографические характеристики новых материалов после обработки в проявителях типа ГП. Видна большая критичность к составу проявителя и длительности проявления. Результаты, полученные в процессе обработки с отбеливанием при переводе галогенида серебра в прозрачные соли, представлены на рис. 4. Для сравнения показан результат, полученный при обработке в проявителе SM-6 с последующим отбеливанием проявленного серебра в растворе на основе нитрата железа. В ре-
ДЭ, %
40
1
30
2
20
10 0 –4
3
–3
–2 –1
lgE, Дж/см2
Рис. 4. Экспозиционные кривые дифракционной эффективности новых материалов. Обработка в проявителе CW C2 – 3 мин (1) и 6 мин (2), в проявителе SM-6 – 2 мин и отбеливателе PBU (3).
зультате оптимизации условий синтеза, оптической сенсибилизации и процесса обработки получены значения дифракционной эффективности 40–50% при значительном (до 8 раз) увеличении чувствительности.
Таким образом, в результате исследований определены условия получения высокой дифракционной эффективности при голографической записи в синей области спектра на промышленных галогенидосеребряных материалах, не сенсибилизированных к данной области, и разработаны новые высокочувствительные голографические материалы для синей области.
Работа выполнена при проведении НИР в рамках реализации ФЦП “Научные и научнопедагогические кадры инновационной России” на 2009–2013 гг., ГК П570.
ЛИТЕРАТУРА
1. Bjelkhagen H.J. Silver-halide recording materials for holography and their processing. New York: Springer Verlag, 1993. P. 140.
34 “Оптический журнал”, 77, 8, 2010
УДК 778.38.02: 771.534.13/2
ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЛОГЕНИДОСЕРЕБРЯНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ В СИНЕЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА
© 2010 г. Н. Д. Ворзобова*, канд. техн. наук; Р. В. Рябова**, канд. техн. наук; Е. В. Соколова*; Н. М. Калинина*; А. Н. Пономарев**; канд. физ.-мат. наук
** Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, ** механики и оптики, Санкт-Петербург
** Российский научный центр “Курчатовский институт”, Москва
** Е-mail: vorzobova@mail.ifmo.ru, rose_ryabova@mail.ru, kontessa@yandex.ru
Исследованы голографические характеристики промышленных и новых галогенидосеребряных материалов при записи отражательных голограмм в синей области спектра. Определены условия получения дифракционной эффективности выше 50% в промышленных материалах, не сенсибилизированных в синей области, а также условия синтеза эмульсий и оптической сенсибилизации, позволившие увеличить чувствительность до 8 раз относительно промышленных материалов.
Ключевые слова: голографические характеристики, галогенидосеребряный материал, оптическая сенсибилизация, дифракционная эффективность, чувствительность.
Коды OCIS: 090.0090, 090.2900
Поступила в редакцию 08.02.2010
Развитие классических направлений голографии (изобразительная техника, голографическая интерферометрия, голографические оптические элементы), а также появление новых направлений (голографическая литография, защитные элементы) определяет необходимость получения высоких голографических параметров при записи в синей области спектра. Регистрирующие среды, применяемые для голографической записи в синей области (слои на основе бихромированного желатина, фоторезисты), не удовлетворяют требованиям к чувствительности, выдвигаемым рядом новых задач. В связи с этим целесообразной является ориентация на галогенидосеребряные материалы, по чувствительности существенно превосходящие несеребряные. Голографические материалы на основе галогенида серебра широко используются для записи в красной и зеленой областях спектра, что в значительной степени связано с наличием промышленно выпускаемых материалов (ОАО “Славич”, г. Переславль-Залесский), сенсибилизированных к этим областям. Целью данной работы являлось исследование характеристик промышленных материалов при голографической записи в синей области спектра, а также разработка
новых материалов с сенсибилизацией к синей области спектра.
Исследование голографических характеристик материалов проводилось при записи отражательных голограмм плоских волн на длине волны 442 нм излучением гелий-кадмиевого лазера ГКЛ-40(И). Для обработки экспонированных материалов использовались процессы, обеспечивающие формирование коллоидного серебра (проявители типа ГП при изменении концентрации роданистого аммония и едкого калия), и процессы с отбеливанием, обеспечивающие перевод галогенида серебра в прозрачные соли [1]. Дифракционная эффективность измерялась на длине волны 633 нм при расширении эмульсионного слоя для обеспечения условия Брэгга.
На рис. 1 представлены экспозиционные кривые дифракционной эффективности для материалов ПФГ-03м, сенсибилизированных к красной области спектра, и ПФГ-03ц, сенсибилизированных к красной и зеленой областям, полученные при обработке в проявителе ГП-2 классического состава и оптимизированного состава, в котором концентрации роданистого аммония и едкого калия увеличены в два раза. При обработке в опти-
32 “Оптический журнал”, 77, 8, 2010
ДЭ, %
40
30
42
20
10 0 –4
1
3
–3 –2 –1
lgE, Дж/см2
Рис. 1. Экспозиционные кривые дифракционной эффективности (ДЭ) материалов ПФГ-03м (1, 2) и ПФГ-03ц (3, 4). Обработка в проявителе ГП-2 – 20 мин (1, 3), ГПопт – 6 мин (2, 4).
мизированном по составу проявителе получены значения дифракционной эффективности более 40%, что достаточно для решения ряда практических задач. Использование проявителей типа ГП имеет преимущество, связанное с малой трудоемкостью процесса обработки, однако, при восстановлении излучением в синей области спектра дифракционная эффективность уменьшается в 2–3 раза вследствие высокого поглощения коллоидного серебра. В связи с этим наибольший интерес представляет процесс с отбеливанием. На рис. 2 приведены экспозиционные кривые дифракционной эффективности промышленных материалов ПФГ-03м и ПФГ-03ц при обработке в проявителе CW C2 с последующим отбеливанием в растворе PBU на основе нитрата железа с амидолом [1]. Получены значения дифракционной эффективности более 50%, соизмеримые с достигаемыми на этих материалах при записи в красной и зеленой областях, но при снижении чувствительности.
С целью увеличения чувствительности в синей области спектра синтезированы новые материалы на основе эмульсии РНЦ “Курчатовский институт”. В связи с тем, что уменьшение длины волны записывающего излучения предъявляет повышенные (в сторону увеличения) требования к разрешающей способности, определяемой размерами светочувствительных кристаллов галогенида серебра, проведена оптимизация условий эмульсификации. Сокращение длительности эмульсификации, использование разбавленных растворов, синтез при высоких значениях pAg, а также введение стабилизатора (Sta-соль) позволили получить размеры кристаллов 10–20 нм. С целью сенсибилизации к синей области спектра исследован ряд оптических сенсибилизаторов с полосой поглощения в данной области (таблица). Проведена оптимизация концентрации рабочих растворов и количества
ДЭ, %
50
40 2 1
30
20
10
0 –4 –3 –2 –1
lgE, Дж/см2
Рис. 2. Экспозиционные кривые дифракционной эффективности материалов ПФГ-03м (1) и ПФГ-03ц (2). Обработка в проявителе CW C2 – 3 мин, отбеливатель PBU.
Исследованные оптические сенсибилизаторы
Химическое название
2π-диметиламиностирилбензтиазол Триэтиламмониевая соль 3,3′-ди-(γ-сульфопропил)5,5′-диметокситиацианинбетаина
1,3-диметил-5(3′-метилпирролидинилиден-2′этилиден)-имидазолидинтион(2)-ОН(4) 3,3′-диэтилтиазолинокарбоцианинйодид/ (π-толуолсульфонат)
Марка МА-30 6439
1610
109
Эмпирическая формула C17H16N2S
С29H41O8N3S4H2O
C12H17ON3S
C13H21N2S2I
λmax, нм
470 470
Δλ, нм
400–500 400–500
460 400–540 470 400–520
“Оптический журнал”, 77, 8, 2010
33
ДЭ, %
50
4
40
30 5
20 10
0 –4
2 3
1
–3
–2 –1
lgE, Дж/см2
Рис. 3. Экспозиционные кривые дифракционной эффективности новых материалов. Обработка в проявителе ГП-2 – 10 мин (1) и 2 мин (2), ГПопт – 3 мин (3), 6 мин (4), 12 мин (5).
вводимого сенсибилизатора для исключения эффекта десенсибилизации. Лучшие результаты получены для сенсибилизаторов МА-30 и 1610 при их введении в следующих количествах: МА-3 – 0,0025 г сенсибилизатора (М = 280,38) в виде спиртового раствора на один грамм галогенида серебра, 1610 – 0,006 г сенсибилизатора (М = 251) в виде спиртового раствора на один грамм галогенида серебра.
На рис. 3 приведены голографические характеристики новых материалов после обработки в проявителях типа ГП. Видна большая критичность к составу проявителя и длительности проявления. Результаты, полученные в процессе обработки с отбеливанием при переводе галогенида серебра в прозрачные соли, представлены на рис. 4. Для сравнения показан результат, полученный при обработке в проявителе SM-6 с последующим отбеливанием проявленного серебра в растворе на основе нитрата железа. В ре-
ДЭ, %
40
1
30
2
20
10 0 –4
3
–3
–2 –1
lgE, Дж/см2
Рис. 4. Экспозиционные кривые дифракционной эффективности новых материалов. Обработка в проявителе CW C2 – 3 мин (1) и 6 мин (2), в проявителе SM-6 – 2 мин и отбеливателе PBU (3).
зультате оптимизации условий синтеза, оптической сенсибилизации и процесса обработки получены значения дифракционной эффективности 40–50% при значительном (до 8 раз) увеличении чувствительности.
Таким образом, в результате исследований определены условия получения высокой дифракционной эффективности при голографической записи в синей области спектра на промышленных галогенидосеребряных материалах, не сенсибилизированных к данной области, и разработаны новые высокочувствительные голографические материалы для синей области.
Работа выполнена при проведении НИР в рамках реализации ФЦП “Научные и научнопедагогические кадры инновационной России” на 2009–2013 гг., ГК П570.
ЛИТЕРАТУРА
1. Bjelkhagen H.J. Silver-halide recording materials for holography and their processing. New York: Springer Verlag, 1993. P. 140.
34 “Оптический журнал”, 77, 8, 2010