Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
ИЗМЕНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
301
2. Материалы с фазовой модуляцией
Голографическая интерференционная структура регистрируется на этих материалах в форме пространственного изменения либо показателя преломления п, либо толщины Т. Материалы с фазовой модуляцией обычно почти идеально прозрачны, так что можно принять коэффициент поглощения а^О. Разность фаз света, прошедшего через слой диэлектрика толщиной T с показателем преломления п0 и через слой воздуха той же толщины описывается в соответствии с вырая^ением (10.1) следующей формулой:
ф = 2я(»о-1)Г ф (102)
Поскольку длина волны Ха обычно весьма мала по сравнению с п0Т, малое изменение п0 или Г, вызванное действием света, может привести к большому изменению фазы Аф. Однако нетрудно видеть, что дифракционная эффективность как плоских фазовых голограмм {гл. 8, § 5), так и объемных фазовых голограмм [см. (9.80)] максимальна при значении Аф, равном приблизительно л. Поэтому положим
: Л,
Ж Л И
д Г 2 C-I) Г 1 = 2 K-I) T І_Ап^+*Г\іш {ЮЗ)
L Ха J Аа \Щ—1 1 I
Для тонкослойных (плоских) голограмм толщина T близка к Ха. Поскольку достижимые на практике значения An0 обычно намного меньше, чем п0 — 1, мы можем пренебречь членом, содержащим Anо в выражении (10.3). Тогда условие достижения максимальной дифракционной эффективности принимает вид
Для типичных значений rka = 0,5 мкм и п0 = 1,5 мы получаем AT = Ка = 0,5 мкм. Дифракционная эффективность может достигать 33,9% для синусоидальных решеток и 40,4% для прямоугольных решеток (гл. 8, § 5). К числу материалов, пригодных для регистрации тонкослойных фазовых голограмм, относятся фотополупроводниковые термопластические пленки, пленки фоторезистов, подвергнутые травлению, фотополимерные пленки и фотоматериалы, отбеленные до такой степени, что остается только поверхностный рельеф.
В объемных фазовых голограммах может осуществляться пространственная модуляция как показателя преломления, так и толщины регистрирующего материала. Однако модуляция толщины
302
материалы для записи голограмм
ГЛ. 10-
может быть основным источником шума в восстановленном изображении, поэтому ее устраняют, помещая голограмму в иммерсионную жидкость с подходящим показателем преломления. Для устранения этого нежелательного эффекта должно соблюдаться условие ATIT <^ An0/ (п0 — 1). Из выражения (10.3) следует, что дифракционная эффективность объемной фазовой голограммы максимальна при
A^0 = (10.5)
Вновь принимая Ха = 0,5 мкм, получаем, что An0 составляет 2,5•1O-4 на каждый миллиметр толщины материала. Максимальная дифракционная эффективность может составлять 100%. Хотя максимальная требуемая модуляция An0 довольно мала, лишь немногие регистрирующие материалы обладают необходимой чувствительностью; к их числу принадлежат слои хромированного^ желатина, кристаллы сегнетоэлектриков и отбеленные фотографические слои.
§ 2. Экспозиция и чувствительность
Критерием чувствительности материалов для регистрации голограмм может служить величина экспозиции, необходимая для достижения определенной дифракционной эффективности голограммы при нормированных условиях освещения. Чем меньше эта экспозиция, тем выше чувствительность. Строгое определение чувствительности дано в § 6 настоящей главы. Здесь мы рассмотрим: только некоторые практические факторы, определяющие минимально допустимую чувствительность или максимально допустимую длительность экспонирования материалов, применяемых для регистрации голограмм.
Рассмотрим освещенность, создаваемую экспонирующим световым потоком, и усредним ее по площади, содержащей большое число интерференционных полос. В этом случае средняя величина экспозиции определяется выражением
e0 = ^-, (10.6)
где r]t — эффективный коэффициент передачи энергии от лазера к регистрирующему материалу; P — выходная мощность излучения лазера; те — длительность экспонирования; А — площадь сечения пучка, освещающего голограмму. При типичных условиях регистрации лишь часть энергии, излучаемой лазером, достигает поверхности голограммы. От 30 до 50% мощности теряется из-за того, что необходимо обеспечить равномерное освещение предмета
§ 3. РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МАТЕРИАЛА 303
и голограммы (см. гл. 7, § 3). Если предмет диффузно отражает свет, то примерно 10% падающего на него светового потока дойдет до голограммы. Кроме того, примерно 4% потока теряется при отражении от каждой поверхности раздела воздух — стекло оптических элементов, участвующих в формировании освещающего пучка. В силу этих причин значение r\t не превосходит на практике 5%. Именно такое значение следует использовать при вычислении предельной практической экспозиции по формуле (10.6). Как указано в гл. 7, § 5, механическая нестабильность голографической установки и неоднородности, вызванные воздушными потоками, накладывают ограничения на предельную длительность экспонирования. Примем, что она равна хе = 300 с. Тогда при А = 100 см2 находим, что E0IP = 0Д5 мДж/см2 на 1 мВт выходной мощности лазерного излучения. С этой точки зрения материалы, при использовании которых экспозиция должна быть больше определяемой предельным значением E0IP, как правило, практически непригодны для голографических экспериментов. Поскольку максимальная выходная мощность гелий-неонового лазера с длиной разрядной трубки 1 м равна 50—100 мВт на длине волны 6328 А, верхний предел экспозиции для этого лазера при принятых выше допущениях составляет 15 мДж/см2. Если необходима большая экспозиция, то следует использовать более мощный аргоновый лазер. Если регистрирующий материал настолько малочувствителен, что экспозиция должна существенно превосходить величину 15 мДж/см2, то значительно возрастают трудности, связанные с нестабильностью при интенсивном освещении. Например, расширение предмета, вызванное его нагреванием при поглощении лазерного излучения, может привести к появлению пол оо на вдсстановленном изображении (см. гл. 15).
