DE2167075B1 - Verfahren zur Herstellung eines Relief-Reflexions-Blaze-Hologramms - Google Patents

Description

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geändert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage zur isotropen Änderung ihrer Abmessungen mit Dampf einer aktivierenden Flüssigkeit, mit einer aktivierenden Strahlung und/oder einer aktivierenden Flüssigkeit behandelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Unterlage nach der isotropen Änderung ihrer Abmessungen mit einem reflexionsfähigen Material beschichtet wird.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Relief-Reflexions-Blaze-Hologramms mit einer Blaze-Wellenlänge A2.

Bei der Holografie wird durch ein besonderes Belichtungsverfahren auf einer lichtempfindlichen Schicht, beispielsweise auf einem fotografischen Film ein Interferenzmuster aufgezeichnet. Bei erneuter Beleuchtung des Interferenzmusters mit einer zu der Erzeugungslichtwellenlänge gleichen Lichtwellenlänge wird dem Betrachter ein dreidimensionales Bild reproduziert. Ein Hologramm kann beispielsweise durch Einwirkung der Strahlung eines Lasers oder einer monochromatischen Lichtquelle auf ein zu holografierendes Objekt und durch Erzeugung eines davon abgetrennten Teils der Strahlung, der als Bezugsstrahl bezeichnet wird, durch verschiedene Spiegel und/oder Linsenanordnungen gebildet werden. Als Bezugsstrahl kann jedoch auch ein separater Strahl vorgesehen sein, der mit dem Beleuchtungsstrahl des Objekts kohärent ist. Der Aufzeichnungsträger, normalerweise ein fotografischer Film, wird so angeordnet, daß er den vom Objekt modulierten Strahl und den Bezugsstrahl empfängt. Auf dem Aufzeichnungsträger wird sodann das stationäre Interferenzmuster zwischen den beiden Feldern der beiden Strahlen aufgezeichnet. Zur Rekonstruktion des Bildes des Objekts wird ein Strahl ähnlich dem Bezugsstrahl in geeigneter Weise auf das aufgezeichnete Interferenzmuster, das sogenannte Hologramm, gerichtet. _b0

Die meisten bekannten Hologramme werden derart hergestellt, daß der Objektstrahl und der Bezugsstrahl von ein derselben Seite her auf den Aufzeichnungsträger gerichtet werden. Ein Hologramm, das dadurch hergestellt wird, daß der mit dem Objekt modulierte Strahl und der Bezugsstrahl von den einander gegenüberliegenden Seiten des Aufzeichnungsträgers her eingestrahlt werden, wurde erstmals von Denisyuk in Soviet Physics-Doklady, Nr. 7, Seite 543, 1962, beschrieben. Ein auf diese Weise erzeugtes Hologramm besteht aus aufgezeichneten Interferenzmustern, die nahezu parallele Flächen sind und einen Abstand von ungefähr einer halben Lichtwellenlänge haben. Sie verlaufen nahezu parallel zu den Oberflächen der lichtempfindlichen Schicht. Die Wellenfronten, von denen ein Bild des holografierten Objektes erzeugt werden kann, werden rekonstruiert, indem ein Beleuchtungsstrahl ähnlich dem Bezugsstrahl durch das Hologramm geleitet wird. In der britischen Patentschrift 12 31938 ist ein verbessertes Verfahren dieser Art beschrieben, bei dem ein fotohärtbarer Aufzeichnungsträger verwendet wird und ein stehendes optisches Wellenfeld in und auf diesem Aufzeichnungsträger abgebildet wird. Die Entwicklung des bestrahlten Aufzeichnungsträgers erfolgt derart, daß entweder die bestrahlten oder die nicht bestrahlten Bereiche aufgelöst werden, was von der Art des jeweils verwendeten fotohärtbaren Materials abhängt, um auf diese Weise ein Relief-Blaze-Hologramm herzustellen.

Auch aus der DE-OS 19 24 695 ist bereits ein holografisches Abbildungsverfahren bekanntgeworden, bei dem bei der Herstellung des Relief-Hologramms der durch das Objekt modulierte Strahl und der Bezugsstrahl von einander entgegengesetzten Seiten eines Aufzeichnungsträgers eingestrahlt werden. Das zu rekonstruierende Bild wird sodann dadurch erzeugt, daß der Reproduktionsstrahl unter demselben Winkel wie der Bezugsstrahl auf das Hologramm eingestrahlt wird und das Bild durch Reflexion des Reproduktionsstrahls an dem Hologramm erzeugt wird.

Sogenannte Reflexions-Blaze-Hologramme mit besonderer Konzentration der Lichtintensität auf eine bestimmte Beugungsordnung werden dann erhalten, wenn die Richtung des an dem Hologramm reflektierten Strahls mit der Richtung einer bestimmten Beugungsordnung, zumeist die erste Beugungsordnung, zusammenfällt. Zur Erhöhung der Refiexionseigenschaft eines Hologramms wird dieses meist mit zusätzlich einem stark reflektierenden Material beschichtet. Ein Reflexions-Blaze-Hologramm ergibt eine optimale Bildrekonstruktion. In manchen Fällen wird jedoch das Hologramm an einem ersten Ort mit einer bestimmten Wellenlänge konstruiert. Die Rekonstruktion erfolgt sodann an einem anderen Ort. In manchen Fällen ergibt sich hierbei der Nachteil, daß keine Lichtquelle mit einer Wellenlänge zur Verfügung steht, die der Konstruktionslichtwellenlänge entspricht.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Relief-Reflexions-Blaze-Hologramm herzustellen, das mit einer vorbestimmten, von der Konstruktionswellenlänge abweichenden Wellenlänge reproduzierbar ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einer Unterlage in an sich bekannter Weise ein Relief-Reflexions-Blaze-Hologramm für eine Reproduktionslichtwellenlänge Ai ausgebildet wird, und daß die Abmessungen der Unterlage sodann isotrop im Verhältnis

M = A

geändert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt den Vorteil mit sich, daß Reflexions-Blaze-Hologramme, die mit einer ersten Wellenlänge konstruiert wurden, mit einer

zweiten^ Blaze-Wellenlänge rekonstruiert werden können.

Im folgenden soll die Erfindung näher anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur erläutert werden:

Wie vorstehend bereits beschrieben wurde, führte Denisyuk das Konzept eines Hologramms ein, welches durch Bestrahlung einer dicken fotografischen Emulsion mit einem stehenden optischen Wellenfeld gebildet wird. Das stehende Wellenfeld wurde erzeugt, indem das an einem Objekt reflektierte Licht zur Interferenz mit einem Bezugsstrahl gebracht wurde, der von der entgegengesetzten Seite des Aufzeichnungsträgers eingestrahlt wurde. Die fotografische Emulsion zeichnete die den Schwingungsbäuchen entsprechenden Flächen des Wellenfeldes als Silberablagerungen innerhalb der Emulsion auf. Diese Silberablagerungen dienten als Reflexionsflächen zur Rekonstruktion des Objektwellenfeldes.

In Applied Physics Letters, Vol. 12, Nr. 9,1. Mai 1968, Seiten 316 bis 318, ist ausgeführt, daß einander benachbarte stehende Wellenfronten einen Abstand von ungefähr einer halben Wellenlänge und nahezu identische Form haben. Durch die stehenden Wellenfronten wird in der dünnen Aufzeichnungsschicht des Aufzeichnungsträgers praktisch ein Reflexionsgitter geschaffen. Ein derartiges Hologramm ist in der Tat ein Blaze-Hologramm und reflektiert ähnlich wie ein Beugungsgitter, eine maximale Lichtmenge in eine einzige Beugungsordnung. Die Form seiner Oberflächenvertiefungen entspricht Schnitten der stehenden Wellenflächen, wie es schematisch in der britischen Patentschrift 12 31938 dargestellt ist. Dort ist auch ausgeführt, daß Blaze-Hologramme durch Bestrahlung einer dünnen Fotoresistschicht mit hoher Auflösung auf Glasunterlage hergestellt werden können. Der Entwicklungsvorgang für Fotoresistmaterialien mit einer Entwicklungsflüssigkeit, die entweder die bestrahlten oder die nicht bestrahlten Bereiche auflöst, was von der Art des jeweils verwendetn Fotoresistmaterials abhängt. Folglich werden nur die stehenden Wellenflächen in der äußeren Schicht mit einer Dicke entsprechend einer halben Wellenlänge des Fotoresistmaterials herausge-' löst. Das Herauslösen bis zu einer größeren Tiefe wird durch die Unlöslichkeit der bereits herausgelösten stehenden Wellenflächen verhindert.

In dieser Patentschrift ist ferner ausgeführt, daß die mit einem kollimierten Stahl reproduzierten Hologramme bei Beschichtung mit Aluminium oder einem anderen geeigenten reflexionsfähigen Metall ein ähnliches Verhalten wie gute Beugungsgitter haben. Bei Verwendung von Licht mit einer Wellenlänge von 4880 Angström-Einheiten (wie es bei der Belichtung verwendet wird) beugen diese Gitter zumindest 73% des reflektierten Lichtes in die -f 1 te Ordnung, 26% in die Ote Ordnung und weniger als 1 % in die — 1 te Ordnung. Da die Flächen einen Abstand von ungefähr einer halben Wellenlänge haben, erfährt eine an einer solchen Fläche reflektierten Wellenfront zwischen einander benachbarten Wellenflächen abrupte Phasenänderungen von einer Wellenlänge zusätzlich zu der durch die _bo Flächen selbst eingeführten Phase. Auf diese Weise addieren sich die Wirkungen aller Flächensegmente der Aufzeichnungsschicht in Phase und erzeugen ein Bild.

In der in der Zeichnung dargestellten Figur fällt Licht einer kohärenten Lichtquelle mit einer Wellenlänge Ai auf die transparente Unterlage 10 auf, auf der ein Relief-Hologramm 12 ausgebildet worden ist. Diese Unterlage hat einen Brechungsindex μ,\. Aufgrund der Eigenschaften des in der Figur gezeigten Hologramms tritt der größte Teil des gebeugten Lichtes in der + lten Ordnung auf. Zur Erzielung eines maximalen Wirkungsgrades mit einem derartigen Reflexions-Hologramm ist es vorteilhaft, den Beugungswinkel mit dem Reflexionswinkel an den Facetten der Hologrammfläche zusammenfallenzulassen. Man erhält in diesem Falle ein sogenanntes Reflexions-Blaze-Hologramm.

Gelegentlich ist es erwünscht, ein Hologramm mit einer ersten Wellenlänge zu konstruieren, während das Hologramm mit einer dazu unterschiedlichen Wellenlänge rekonstruiert werden soll. Dies kann dann der Fall sein, wenn die Konstruktionswellenlänge des Hologramms in einem Wellenlängenbereich liegt, für den es keine Lichtquelle kohärenten Lichts zur Rekonstruktion des Hologramms gibt. Beispielsweise kann eine Bogenlampe schwächerer Kohärenz zur Rekonstruktion verwendet werden, deren Frequenz derartig ist, daß es für sie keine Laser-Lichtquelle gibt. Ferner kann das neue Hologramm als ein Spektrograph zur Feststellung einer bestimmten Wellenlänge in einer Lichtquelle verwendet werden. Um dies zu erreichen, kann z. B. ein Reflexions-Hologramm mit einer maximalen Intensität bei der Wellenlänge X\ auf die Oberfläche eines Materials kopiert werden, das später isotrop gedehnt oder geschrumpft wird, und zwar um einen Faktor M. Dieses neue Hologramm und seine Kopie können nun in Reflexion bei einer Wellenlänge λζ und demselben Beugungswinkel mit maximaler Intensität reproduziert werden, wenn die folgende Beziehung

Das sich isotrop ausdehnende oder zusammenziehende Material kann beispielsweise ein RTV-Kautschuk sein. Solche Stoffe wurden mit Erfolg zum Kopieren von Flächenrelief-Hologrammen angewendet. Es hat sich gezeigt, daß diese Materialien sich isotrop ausdehnen und dabei eine hohe Wiedergabegenauigkeit zeigen, wenn sie in Flüssigkeiten wie Tetrachlorkohlenstoff eingetaucht werden. Auf diese Weise kann mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens ein solches Material derart genutzt werden, daß zunächst die Oberfläche eines Relief-Blaze-Hologramms kopiert wird, in dem der nicht ausgehärtete Kautschuk über die Hologramm-Oberfläche fließengelassen wird. Der ausgehärtete Kautschuk wird dann abgelöst und in ein Lösungsmittel, wie z. B. Tetrachlorkohlenstoff eingetaucht. Nach einer vorbestimmten Zeit, die zur Verwirklichung der gewünschten Ausdehnung vorgesehen ist, wird die Hologramm-Oberfläche nochmals auf eine weitere Unterlage kopiert. Sollen die Reflexionseigenschaften des Hologramms ausgenutzt werden, so wird die Hologramm-Oberfläche mit einem reflektierenden Material beschichtet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Relief-Reflexions-Blaze-Hologramms mit einer Blaze-Wellenlänge A2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Unterlage in an sich bekannter Weise ein Relief-Reflexions-BIaze-Hologramm für eine Reproduktionslichtwellenlänge Ai ausgebildet wird, und daß die Abmessungen der Unterlage sodann isotrop ι ο im Verhältnis