RU2168707C2 - Volume phase hologram and process of its generation - Google Patents
Volume phase hologram and process of its generation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2168707C2 RU2168707C2 RU97115684/28A RU97115684A RU2168707C2 RU 2168707 C2 RU2168707 C2 RU 2168707C2 RU 97115684/28 A RU97115684/28 A RU 97115684/28A RU 97115684 A RU97115684 A RU 97115684A RU 2168707 C2 RU2168707 C2 RU 2168707C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hologram
- named
- hologram according
- microcavities
- porous
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 title description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 claims abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 20
- 239000005373 porous glass Substances 0.000 claims description 19
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 13
- -1 alkyl methacrylate Chemical compound 0.000 claims description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 11
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 10
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 8
- ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N cyclopentadiene Chemical compound C1C=CC=C1 ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- JKJWYKGYGWOAHT-UHFFFAOYSA-N bis(prop-2-enyl) carbonate Chemical compound C=CCOC(=O)OCC=C JKJWYKGYGWOAHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 5
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 5
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 claims description 4
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Natural products C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 claims description 4
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 claims description 4
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 claims description 4
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 3
- 229920001800 Shellac Polymers 0.000 claims description 3
- SYFOAKAXGNMQAX-UHFFFAOYSA-N bis(prop-2-enyl) carbonate;2-(2-hydroxyethoxy)ethanol Chemical compound OCCOCCO.C=CCOC(=O)OCC=C SYFOAKAXGNMQAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 3
- ZLGIYFNHBLSMPS-ATJNOEHPSA-N shellac Chemical compound OCCCCCC(O)C(O)CCCCCCCC(O)=O.C1C23[C@H](C(O)=O)CCC2[C@](C)(CO)[C@@H]1C(C(O)=O)=C[C@@H]3O ZLGIYFNHBLSMPS-ATJNOEHPSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004208 shellac Substances 0.000 claims description 3
- 229940113147 shellac Drugs 0.000 claims description 3
- 235000013874 shellac Nutrition 0.000 claims description 3
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims description 3
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims description 3
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 29
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 5
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N isopropyl alcohol Natural products CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 3
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 3
- 239000013354 porous framework Substances 0.000 description 3
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical group CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 150000003623 transition metal compounds Chemical class 0.000 description 2
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004342 Benzoyl peroxide Substances 0.000 description 1
- OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N Benzoylperoxide Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OOC(=O)C1=CC=CC=C1 OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920000298 Cellophane Polymers 0.000 description 1
- 241000350052 Daniellia ogea Species 0.000 description 1
- IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N Ethenol Chemical compound OC=C IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 229910020175 SiOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000003287 bathing Methods 0.000 description 1
- 235000019400 benzoyl peroxide Nutrition 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N dimethyldichlorosilane Chemical compound C[Si](C)(Cl)Cl LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 229940078552 o-xylene Drugs 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 239000007870 radical polymerization initiator Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000011125 type II (treated soda lime glass) Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/0005—Production of optical devices or components in so far as characterised by the lithographic processes or materials used therefor
- G03F7/001—Phase modulating patterns, e.g. refractive index patterns
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/004—Photosensitive materials
- G03F7/04—Chromates
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
- G03F7/40—Treatment after imagewise removal, e.g. baking
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
- G03H1/0272—Substrate bearing the hologram
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
- G03H1/024—Hologram nature or properties
- G03H1/0248—Volume holograms
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
- G03H2001/026—Recording materials or recording processes
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
- G03H2001/026—Recording materials or recording processes
- G03H2001/0264—Organic recording material
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2270/00—Substrate bearing the hologram
- G03H2270/53—Recording material dispersed into porous substrate
Abstract
Description
Изобретение относится к голографии, точнее к фазовым трехмерным голограммам. The invention relates to holography, more specifically to phase three-dimensional holograms.
Известны фазовые голограммы, состоящие из полимерной матрицы с локальной модуляцией показателя преломления. Они могут быть зарегистрированы в слоях фотополимеров или в пленках бихромированной желатины [Cм.: R.J.Collier, С.В. Burckhardt, L. H. Lin "Optical Holography", 1971, Academic press, New York and London]. Они обычно выполняются из органических материалов с низкими механическими свойствами и термоустойчивостью и, таким образом, мало надежны и подвержены старению. Более того, толстые слои таких светочувствительных сред практически недоступны, что ограничивает достижимый уровень спектральной и угловой селективности зарегистрированных голограмм. Known phase holograms consisting of a polymer matrix with local modulation of the refractive index. They can be detected in layers of photopolymers or in films of bichromated gelatin [See: R.J. Collier, S.V. Burckhardt, L. H. Lin "Optical Holography", 1971, Academic press, New York and London]. They are usually made of organic materials with low mechanical properties and heat resistance and, thus, are not very reliable and are subject to aging. Moreover, thick layers of such photosensitive media are practically inaccessible, which limits the achievable level of spectral and angular selectivity of the recorded holograms.
Известны также объемные голограммы, состоящие из пористого высококремнеземного каркаса и продуктов фотолиза органических или неорганических светочувствительных веществ, причем пространственная модуляция показателя преломления голограммы достигается соответствующей модуляцией структуры пористого каркаса или пространственной модуляцией концентраций продуктов фотолиза светочувствительного субстрата (См.: V. Sukhanov, Heterogeneous recording media, In SPIE, 1989, V. 1238, p. 226-230. The International Unesco Seminar Three-Dimensional Holography Science, Culture, Education. Ed. Tung H. Jeorg, 1989, Kiev, USSR). Физическая толщина таких голограмм может достигать 103 мкм. Более того, они характеризуются высокой термостабильностью и являются практически безусадочными. Однако такие голограммы имеют пористую структуру, что обусловливает высокий уровень светорассеяния в сине-зеленой области спектра. Чтобы избежать этого свободный объем голограммы должен быть импрегнирован наполнителем посредством введения иммерсии. Но чем ближе показатель преломления наполнителя к показателю преломления пористого каркаса, тем меньше дифракционная эффективность голограммы (Cм.: S.A. Kuchinskii et al., "The principal of hologram formation in capillary composites", Laser Physics, 1993, V3, n 6, p. 1114-1123). Таким образом, невозможно достичь одновременно низкого уровня светорассеяния и высоких значений дифракционной эффективности.Volumetric holograms consisting of a porous high-silica framework and photolysis products of organic or inorganic photosensitive substances are also known, and spatial modulation of the hologram refractive index is achieved by appropriate modulation of the structure of the porous framework or spatial modulation of the concentration of photolysis products of the photosensitive substrate (See: V. Sukhanov, Heteremplary media , In SPIE, 1989, V. 1238, p. 226-230. The International Unesco Seminar Three-Dimensional Holography Science, Culture, Education. Ed. Tung H. Jeorg, 1989, Kiev, USSR). The physical thickness of such holograms can reach 10 3 microns. Moreover, they are characterized by high thermal stability and are virtually non-shrinking. However, such holograms have a porous structure, which leads to a high level of light scattering in the blue-green region of the spectrum. To avoid this, the free volume of the hologram must be impregnated with the filler by introducing immersion. But the closer the refractive index of the filler to the refractive index of the porous skeleton, the lower the diffraction efficiency of the hologram (See: SA Kuchinskii et al., "The principal of hologram formation in capillary composites", Laser Physics, 1993, V3, n 6, p. 1114-1123). Thus, it is impossible to achieve both a low level of light scattering and high values of diffraction efficiency.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является реализация объемной фазовой голограммы, характеризующейся существенно повышенными значениями дифракционной эффективности и, одновременно, уменьшенными потерями, обусловленными рассеянием. Основная идея изобретения состоит в том, что пористый каркас заполняется твердофазным полимером с пространственно модулированным показателем преломления, причем период названной пространственной модуляции показателя преломления должен быть таким же, как период пространственного распределения показателя преломления объемной фазовой голограммы, состоящей из пористого каркаса, поры которого содержат наполнитель с пространственно однородным показателем преломления. The technical result, the achievement of which the present invention is directed, is the implementation of a volumetric phase hologram characterized by significantly increased values of diffraction efficiency and, at the same time, reduced losses due to scattering. The main idea of the invention is that the porous skeleton is filled with a solid-phase polymer with a spatially modulated refractive index, and the period of said spatial modulation of the refractive index should be the same as the spatial distribution period of the refractive index of the volume phase hologram consisting of a porous skeleton, the pores of which contain a filler with a spatially uniform refractive index.
Указанный технический результат достигается тем, что в объемную фазовую голограмму с интерференционной картиной, зарегистрированной в виде локальных изменений показателя преломления, содержащую пористый прозрачный кремнеземный каркас, имеющий систему взаимосвязанных микрополостей или пор, средний радиус которых меньше, чем длины волн регистрирующего и считывающего голограмму излучения, продукт фотолиза светочувствительного материала, причем названный продукт жестко присоединен к стенке микрополостей и пространственно распределен в соответствии с интенсивностью зарегистрированной интерференционной картины, дополнительно введен твердофазный прозрачный полимерный материал, заполняющий названные микрополости, при этом названный полимерный материал характеризуется локальным изменением показателя преломления, причем названные вариации пространственно промодулированы в соответствии с зарегистрированной интерференционной картиной, а названный продукт фотолиза является модификатором полимеризации для композиции, полимеризуемой в названный полимерный, заполняющий микрополости материал. The indicated technical result is achieved by the fact that into a volumetric phase hologram with an interference pattern recorded in the form of local changes in the refractive index, containing a porous transparent silica skeleton having a system of interconnected microcavities or pores, the average radius of which is less than the wavelengths of the radiation that records and reads the hologram, a product of photolysis of a photosensitive material, wherein said product is rigidly attached to the wall of microcavities and spatially distributed n, in accordance with the intensity of the detected interference pattern, a solid-phase transparent polymer material is added that fills the microcavities, the polymer material being characterized by a local change in the refractive index, the variations being spatially modulated in accordance with the recorded interference pattern, and the photolysis product is a polymerization modifier for a composition polymerizable in said polymer, zap lnyayuschy microcavity material.
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве названного полимерного материала используется гомо- или сополимер полиол-(аллилкарбоната). The specified technical result is also achieved by the fact that as the named polymeric material, a homo- or copolymer of polyol- (allyl carbonate) is used.
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве названного полиол-(аллилкарбоната) используется диэтиленгликоль-бис-аллилкарбонат. The specified technical result is also achieved by the fact that diethylene glycol bis-allyl carbonate is used as the named polyol- (allyl carbonate).
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве названного полимерного материала используется полимер хотя бы одного алкилметакрилата. The specified technical result is also achieved by the fact that the polymer of at least one alkyl methacrylate is used as the named polymer material.
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве названного полимерного материала используется гомо- или сополимер хотя бы одного винилового мономера. The specified technical result is also achieved by the fact that as the named polymer material, a homo- or copolymer of at least one vinyl monomer is used.
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве названного полимерного материала используется сополимер полиол-(аллилкарбоната) с по крайней мере одним другим сополимеризуемым мономером, выбранным из ряда, состоящего в основном из винилацетата и олигоуретанов, имеющих концевые диметилакрилатные группы. The indicated technical result is also achieved by the fact that a copolymer of polyol- (allyl carbonate) with at least one other copolymerizable monomer selected from the series consisting mainly of vinyl acetate and oligourethanes having terminal dimethyl acrylate is used as the named polymer material.
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве названного полимерного материала используется сополимер стирола с по крайней мере одним другим сополимеризуемым мономером, выбранным из группы, состоящей, в основном, из метилметакрилата, винилацетата и акрилонитрила. The indicated technical result is also achieved by the fact that as the named polymer material a styrene copolymer with at least one other copolymerizable monomer selected from the group consisting mainly of methyl methacrylate, vinyl acetate and acrylonitrile is used.
Указанный технический результат достигается также тем, что названный пористый каркас выполнен в виде пористого высококремнеземного стекла, полученного кислотным травлением двухфазного стекла. The specified technical result is also achieved by the fact that the named porous frame is made in the form of porous high-silica glass obtained by acid etching of two-phase glass.
Указанный технический результат достигается также тем, что названный пористый каркас выполнен в виде пористого стекла, полученного по золь-гельной технологии. The specified technical result is also achieved by the fact that the named porous frame is made in the form of porous glass obtained by sol-gel technology.
Указанный технический результат достигается также тем, что названный модификатор полимеризации включает ионы переходных металлов. The specified technical result is also achieved by the fact that the named polymerization modifier includes transition metal ions.
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве модификатора полимеризации используется продукт фотолизуемого металлоорганического соединения. The specified technical result is also achieved by the fact that as the polymerization modifier is used the product of a photolysable organometallic compound.
Указанный технический результат достигается также тем, что названное металлоорганическое соединение выбрано из группы, включающей: Mn2(CO)10, Co2(CO8), Cr(CO)6, Mo(CO)6 и Ti(циклопентадиен)Cl2.The specified technical result is also achieved by the fact that the named organometallic compound is selected from the group comprising: Mn 2 (CO) 10 , Co 2 (CO 8 ), Cr (CO) 6 , Mo (CO) 6 and Ti (cyclopentadiene) Cl 2 .
Указанный технический результат достигается также тем, что названным модификатором полимеризации является продукт фотолиза CrVI.The specified technical result is also achieved by the fact that the named polymerization modifier is the photolysis product of Cr VI .
Указанный технический результат достигается также тем, что названная соль CrVI выбрана из группы, состоящей в основном из: (NH4)2Cr2O7, Na2Cr2O7 и K2Cr2O7.The specified technical result is also achieved by the fact that the named salt of Cr VI selected from the group consisting mainly of: (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 , Na 2 Cr 2 O 7 and K 2 Cr 2 O 7 .
Указанный технический результат достигается также тем, что названный модификатор полимеризации непосредственно присоединен к стенкам микрополостей названного каркаса. The specified technical result is also achieved by the fact that the named polymerization modifier is directly attached to the walls of the microcavities of the named framework.
Указанный технический результат достигается также тем, что названный модификатор полимеризации заключен в слое, покрывающем стенки микрополостей названного каркаса. The specified technical result is also achieved by the fact that the said polymerization modifier is enclosed in a layer covering the walls of the microcavities of the said framework.
Указанный технический результат достигается также тем, что названная оболочка выполнена в виде фоторезистора. The specified technical result is also achieved by the fact that the named shell is made in the form of a photoresistor.
Указанный технический результат достигается также тем, что названный фоторезистор выполнен из желатины и названным модификатором полимеризации являются ионы CrIII.The specified technical result is also achieved by the fact that the named photoresistor is made of gelatin and the named Cr III ions are polymerization modifier.
Указанный технический результат достигается также тем, что названный фоторезистор выполнен из поливинилового спирта. The specified technical result is also achieved by the fact that the named photoresistor is made of polyvinyl alcohol.
Указанный технический результат достигается также тем, что названный фоторезистор выполнен из шеллака. The specified technical result is also achieved by the fact that the named photoresistor is made of shellac.
Указанный технический результат достигается также тем, что оптическое устройство, содержащее источник света и, по крайней мере, один оптический элемент, отличается тем, что названный по крайней мере один оптический элемент выполнен в виде голограммы по любому из описанных выше приемов. The specified technical result is also achieved in that the optical device containing the light source and at least one optical element is characterized in that the said at least one optical element is made in the form of a hologram according to any of the methods described above.
Указанный технический результат достигается также тем, что в способе изготовления голограммы, при котором получают прозрачный пористый кремнеземный каркас, имеющий систему взаимосвязанных микрополостей или пор, средний радиус которых меньше, чем длины волн регистрирующего и считывающего голограмму излучения, покрывают стенки названных микрополостей светочувствительным материалом, продукт фотолиза которого является модификатором полимеризации для хотя бы одной из выбранных полимеризуемых композиций, регистрируют голографическую интерференционную картину в названном материале таким образом, чтобы названные продукты фотолиза оказались распределенными на стенках отдельных названных микрополостей в соответствии с названной интерференционной картиной, удаляют нефотолизованный светочувствительный материал, заполняют оставшийся свободным объем названных микрополостей по крайней мере одной из выбранных полимеризуемых композиций, осуществляют полимеризацию названной композиции таким образом, чтобы получить объемную фазовую голограмму, выполненную из прозрачного каркаса, заполненного твердофазным полимерным материалом с пространственно модулированным показателем преломления, при этом период модуляции показателя преломления названного полимера должен быть таким же как и период пространственного распределения названных продуктов фотолиза. The specified technical result is also achieved by the fact that in the method of manufacturing a hologram, in which a transparent porous silica framework is obtained having a system of interconnected microcavities or pores, the average radius of which is less than the wavelengths of the radiation recording and reading the hologram, cover the walls of these microcavities with a photosensitive material, the product whose photolysis is a polymerization modifier for at least one of the selected polymerizable compositions, register a holographic interference pattern in the said material so that the named photolysis products are distributed on the walls of the individual named microcavities in accordance with the named interference pattern, the non-photolysed photosensitive material is removed, the remaining free volume of the named microcavities of at least one of the selected polymerizable compositions is filled, the named composition is polymerized so as to obtain a volumetric phase hologram made of transparent th frame filled with a solid phase polymeric material with spatial modulated refractive index, wherein the refractive index modulation period of said polymer must be the same as the period of spatial distribution of said photolysis products.
Под выражением "модификатор полимеризации" подразумевают любое вещество, которое в случае, когда полимеризуемая композиция полимеризуется в его присутствии, приводит к тому, что показатель преломления полимеризованного материала отличается от показателя преломления полимеризованного материала, полученного полимеризацией названной полимеризуемой композиции в отсутствие названного модификатора полимеризации. By the term “polymerization modifier” is meant any substance which, when the polymerizable composition is polymerized in its presence, causes the refractive index of the polymerized material to be different from the refractive index of the polymerized material obtained by polymerizing the polymerized composition in the absence of the polymerization modifier.
Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут ясны из следующих описаний и чертежей, на которых:
- фиг. 1 представляет схематически объемную фазовую голограмму в соответствии с настоящим изобретением и
- фиг. 2 представляет зависимость дифракционной эффективности от силы решетки пропускающей голограммы, полезную для объяснения настоящего изобретения.Other features and advantages of the present invention will be apparent from the following descriptions and drawings, in which:
- FIG. 1 is a schematic volumetric phase hologram in accordance with the present invention; and
- FIG. 2 shows the dependence of diffraction efficiency on the lattice strength of a transmission hologram, useful for explaining the present invention.
Голограмма, представленная на фиг. 1, состоит из пористого высококремнеземного каркаса 1, содержащего систему пор или микрополостей со средним радиусом менее, чем длина волны видимого света, т.е. меньше чем 0,4 мкм. Стенки отдельных микрополостей покрыты оболочками с показателем преломления nc, содержащими продукты фотолиза светочувствительного материала и расположенными в окрестности максимумов или минимумов зарегистрированной интерференционной картины. Свободный объем полостей заполнен наполнителем 3 с пространственно модулированным показателем преломления. Причем показатель преломления наполнителя равен nf в полостях без оболочки и nf + Δ в других микрополостях.The hologram shown in FIG. 1 consists of a porous high-silica skeleton 1 containing a system of pores or microcavities with an average radius less than the wavelength of visible light, i.e. less than 0.4 microns. The walls of individual microcavities are covered with shells with a refractive index n c containing the products of photolysis of the photosensitive material and located in the vicinity of the maxima or minima of the recorded interference pattern. The free volume of the cavities is filled with filler 3 with a spatially modulated refractive index. Moreover, the refractive index of the filler is equal to n f in cavities without a shell and n f + Δ in other microcavities.
Легко показать, что разность эффективных показателей преломления экспонированных (А) и неэкспонированных (В) областей в объеме голограммы определяется выражением:
nA - nB = Ff(nc-nf) + F(1-f) Δ, (1)
где F = относительный объем пор;
f = относительный объем оболочки в порах.It is easy to show that the difference between the effective refractive indices of the exposed (A) and unexposed (B) regions in the volume of the hologram is determined by the expression:
n A - n B = Ff (n c -n f ) + F (1-f) Δ, (1)
where F = relative pore volume;
f = relative volume of the shell in the pores.
Первый член в выражении (1) описывает амплитуду модуляции пористой голограммы с однородным наполнителем, обращающийся в ноль, если nf равно nc. Но если имеет место пространственная модуляция показателя преломления наполнителя, эта амплитуда отлична от нуля, даже если nf = nc, и равна F(1 - f) Δ. Амплитуда изменения показателя преломления в случае пространственного модулированного наполнителя в К раз больше, чем в случае однородного наполнителя (Δ =0) Причем К определяется как:
Более того, путем внедрения в свободный объем пористой голограммы пространственно модулированного наполнителя можно получить усиление решетки даже по отношению к начальной "сухой" голограмме (т.е. без наполнителя), для которой nc - nf достигает своей максимальной величины. Очевидно из (1), что коэффициент усиления в этом случае определяется выражением:
Как следует из выражений (2) и (3) усиление голограммы может иметь место как при симфазной модуляции показателя преломления наполнителя с распределением показателя преломления голограммы без наполнителя, так и в случае, когда эти же параметры промодулированы противофазно. Необходимо только, чтобы эта модуляция имела тот же пространственный период, что и изменение показателя преломления в зарегистрированной интерференционной картине, и чтобы абсолютные величины |K|, |K′|, определяемые выражениями (2) и (3), были больше 1. Как известно, максимальная величина дифракционной эффективности η пропускающей голограммы достигается при определенной величине амплитуды модуляции голограммы, что соответствует силе решетки χ, равной χ1, где
Очевидно, что увеличение χ в К раз практически означает уменьшение уровня экспозиции, необходимого для достижения η = 100% (в предположении линейного отклика светочувствительного вещества голограммы).The first term in expression (1) describes the modulation amplitude of a porous hologram with a uniform filler, turning to zero if n f is equal to n c . But if spatial modulation of the refractive index of the filler takes place, this amplitude is nonzero, even if n f = n c , and is equal to F (1 - f) Δ. The amplitude of the change in the refractive index in the case of a spatially modulated filler is K times greater than in the case of a homogeneous filler (Δ = 0) Moreover, K is defined as:
Moreover, by introducing a spatially modulated filler into the free volume of the porous hologram, one can obtain lattice gain even with respect to the initial “dry” hologram (ie, without filler), for which n c - n f reaches its maximum value. It is obvious from (1) that the gain in this case is determined by the expression:
As follows from expressions (2) and (3), hologram amplification can take place both in case of phase-wise modulation of the refractive index of the filler with the distribution of the refractive index of the hologram without filler, and in the case when the same parameters are modulated out of phase. It is only necessary that this modulation has the same spatial period as the change in the refractive index in the recorded interference pattern, and that the absolute values | K |, | K ′ | defined by expressions (2) and (3) are greater than 1. How it is known that the maximum diffraction efficiency η of the transmitting hologram is achieved at a certain magnitude of the modulation amplitude of the hologram, which corresponds to a lattice strength χ equal to χ 1 , where
Obviously, an increase in χ by a factor of K practically means a decrease in the level of exposure necessary to achieve η = 100% (assuming a linear response of the photosensitive substance of the hologram).
Таким образом, согласно настоящему изобретению возможно получение фазовой голограммы с высокой эффективностью при низком уровне светорассеяния посредством пространственной модуляции показателя преломления наполнителя. Thus, according to the present invention, it is possible to obtain a phase hologram with high efficiency at a low level of light scattering by spatial modulation of the refractive index of the filler.
Практическая реализация описанного перехода для усиления голограммы основывается на отличии механизмов полимеризации мономерного наполнителя в экспонированных и неэкспонированных участках голограммы, когда продукты фотолиза светочувствительного материала проявляют себя как модификатор полимеризации названного процесса. В результате, плотность полимерного наполнителя и, следовательно, показатель преломления оказываются пространственно промодулированы в соответствии с распределением интенсивности зарегистрированной интерференционной картины. The practical implementation of the described transition for enhancing the hologram is based on the difference between the mechanisms of polymerization of the monomer filler in the exposed and unexposed portions of the hologram, when the photolysis products of the photosensitive material manifest themselves as a polymerization modifier of this process. As a result, the density of the polymer filler and, consequently, the refractive index are spatially modulated in accordance with the intensity distribution of the recorded interference pattern.
В качестве пористого силикатного прозрачного каркаса может быть использовано, например, стекло, производимое выщелачиванием боросиликатного стекла (Cм. : V.I. Sukhanov. "Porous glass as a storage medium". Optica Applicata, 1994, v. 24, n. 1-2, pp. 13-26), или, например, пористое стекло, получаемое по так называемой золь-гельной технологии (Cм.: V.I. Sukhanov et al. "Porous sol-gel glass as holographic recording medium". In: Book of Abstracts. The VIII international Workshop on Glasses and Ceramics from Gels. 1995, Faro, Portugal, September 18-22, p. 331). As a porous silicate transparent frame, for example, glass made by leaching borosilicate glass can be used (See: VI Sukhanov. "Porous glass as a storage medium". Optica Applicata, 1994, v. 24, n. 1-2, pp 13-26), or, for example, porous glass obtained by the so-called sol-gel technology (See: VI Sukhanov et al. "Porous sol-gel glass as holographic recording medium". In: Book of Abstracts. The VIII international Workshop on Glasses and Ceramics from Gels. 1995, Faro, Portugal, September 18-22, p. 331).
В обоих случаях пористый каркас содержит систему взаимосвязанных микрополостей или пор с развитой внутренней поверхностью, имеющих средний радиус, существенно меньший, чем длина волны действующего света (записывающего или считывающего). Эти обстоятельства, с одной стороны, обеспечивают относительно низкий уровень светорассеяния, а с другой стороны, позволяют осуществить эффективное импрегнирование каркаса названным светочувствительным материалом и, следовательно, хорошее покрытие стенок названных микрополостей названным материалом. In both cases, the porous skeleton contains a system of interconnected microcavities or pores with a developed inner surface, having an average radius substantially shorter than the wavelength of the acting light (recording or reading). These circumstances, on the one hand, provide a relatively low level of light scattering, and on the other hand, make it possible to efficiently impregnate the frame with the said photosensitive material and, therefore, provide a good coating of the walls of these microcavities with the named material.
В качестве светочувствительных материалов для записи голограмм в соответствии с изобретением могут быть использованы, например, светочувствительные материалы, которые образуют при фотолизе продукты, существенно влияющие на комплексную свободнорадикальную полимеризацию. As photosensitive materials for recording holograms in accordance with the invention, for example, photosensitive materials can be used which form products during photolysis that significantly affect complex free radical polymerization.
Иллюстративными примерами подходящих светочувствительных материалов являются некоторые неорганические соли переходных металлов, такие как карбонильные или циклопентадиеновые комплексы переходных металлов, например (NH4)2Cr2O7, Na2Cr2O7, K2Cr2O7, и некоторые металлоорганические соединения переходных металлов, такие как карбонильные или циклопентадиеновые комплексы переходных металлов, например Mn2(CO)10, Cr(CO)6, Co2(CO)6, Mo(CO)6 или Ti(циклопентадиен)2Cl2. (См. : N. F.Borelly and D.L. Morse."Photosensitive impregnated porous glass". Appl. Phys. Lett. 1983, v. 43, n.pp. 992-993; "Photosensitive metal-organic systems: mechanistic principles and applications", Ed.Ch. Kutal, N. Serpone. Advances in Chemistry. Ser. 238, 1993, Am. Chem.Soc., Washington, DC 449 p.).Illustrative examples of suitable photosensitive materials are some inorganic transition metal salts, such as carbonyl or cyclopentadiene transition metal complexes, for example (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 , Na 2 Cr 2 O 7 , K 2 Cr 2 O 7 , and some organometallic compounds transition metals, such as carbonyl or cyclopentadiene transition metal complexes, for example Mn 2 (CO) 10 , Cr (CO) 6 , Co 2 (CO) 6 , Mo (CO) 6 or Ti (cyclopentadiene) 2 Cl 2 . (See: NF Borelly and DL Morse. "Photosensitive impregnated porous glass". Appl. Phys. Lett. 1983, v. 43, n.pp. 992-993; "Photosensitive metal-organic systems: mechanistic principles and applications", Ed .Ch. Kutal, N. Serpone. Advances in Chemistry. Ser. 238, 1993, Am. Chem. Soc., Washington, DC 449 p.).
Создание оболочек на стенках пор может быть осуществлено простым путем - купанием пористого стекла в растворе светочувствительного материала с последующей сушкой от растворителя. При необходимости, для форсирования процесса импрегнирования пористого стекла может быть использован вакуум. The creation of shells on the pore walls can be carried out in a simple way - by bathing porous glass in a solution of photosensitive material, followed by drying from a solvent. If necessary, a vacuum can be used to force the impregnation of porous glass.
Следует отметить, что фотолиз солей переходных металлов уже был использован для записи голограмм, в частности фотолиз солей Cr(VI) salts: (См.: G. Manivannan et al. "Primary photoprocesses of Cr(VI) in real-time holographic recording: dichromated poly(vinyl alkohol). J. Phys. Chem., 1993, v.97, n. 28, pp. 7228-7233). При этом ионы Cr(VI) восстанавливаются в ионы Cr(III) в экспонированных участках голограммы. It should be noted that the photolysis of transition metal salts has already been used to record holograms, in particular the photolysis of Cr (VI) salts: (See: G. Manivannan et al. "Primary photoprocesses of Cr (VI) in real-time holographic recording: dichromated poly (vinyl alkohol). J. Phys. Chem., 1993, v. 97, n. 28, pp. 7228-7233) wherein Cr (VI) ions are reduced to Cr (III) ions in the exposed areas of the hologram.
Когда на стадии записи голограммы соединения переходных металлов фотолизуются внутри пористого кремнеземного каркаса, продукты их фотолиза взаимодействуют с функциональными группами, например, -SiOH, неизбежно присутствующими на силикатной поверхности стенок микрополостей, что приводит к формированию оболочек комплексных молекул, химически связанных со стенками пористого каркаса. С другой стороны, оболочка, содержащая ионы переходных металлов и химически связанная со стенками каркаса пористого стекла, может быть также образована с использованием металлоорганических соединений переходных металлов, как описано N.F. Borelly et al. "Photochemical method to produce waveguiding in glass". IEEE. J. Of Quantum Electronics. 1986, v. QE-22, n. 6, pp. 896-901. When, at the recording stage of a hologram, transition metal compounds are photolized inside a porous silica framework, their photolysis products interact with functional groups, for example, -SiOH, which are inevitably present on the silicate surface of the walls of microcavities, which leads to the formation of shells of complex molecules chemically bonded to the walls of the porous framework. Alternatively, a shell containing transition metal ions and chemically bonded to the walls of the porous glass framework may also be formed using organometallic transition metal compounds, as described by N.F. Borelly et al. "Photochemical method to produce waveguiding in glass." IEEE J. Of Quantum Electronics. 1986, v. QE-22, n. 6, pp. 896-901.
Вместо непосредственного химического присоединения ионов переходных металлов к стенкам пор пористого стекла возможно также формирование оболочек на стенках названных пор с использованием слоя фоторезиста, содержащего соединения переходных металлов. В качестве фоторезистов могут быть использованы синтетические полимеры, в частности поливиниловый спирт (См.: G. Manivanna et al. "Primary photoprocesses of Cr (VI) in real-time holographic recording: dichromated poly(vinyl alcohol). J.Phys.Chem., 1993, v.97, n. 28, pp. 7228-7233), или природные полимеры, в частности желатина или шеллак. Instead of the direct chemical attachment of transition metal ions to the pore walls of porous glass, it is also possible to form shells on the walls of these pores using a photoresist layer containing transition metal compounds. Synthetic polymers, in particular polyvinyl alcohol, can be used as photoresists (See: G. Manivanna et al. "Primary photoprocesses of Cr (VI) in real-time holographic recording: dichromated poly (vinyl alcohol). J.Phys.Chem ., 1993, v.97, n. 28, pp. 7228-7233), or natural polymers, in particular gelatin or shellac.
Регистрация голограммы осуществляется по обычной методике с использованием лазерного излучения видимой области спектра. Необходимо только, чтобы величина экспозиции была достаточна для генерации такого количества продуктов фотолиза, которое могло бы в дальнейшем эффективно действовать как модификатор полимеризации на этапе (е) и приводить к различию показателей преломления в экспонированных и неэкспонированных участках голограммы. Registration of the hologram is carried out according to the usual method using laser radiation of the visible region of the spectrum. It is only necessary that the exposure value is sufficient to generate such a number of photolysis products that could subsequently effectively act as a polymerization modifier in step (e) and lead to a difference in refractive indices in the exposed and unexposed sections of the hologram.
Удаление нефотолизованного светочувствительного материала может быть выполнено путем промывки пористого каркаса водой после этапа (в). The removal of non-photolysed photosensitive material can be performed by washing the porous skeleton with water after step (c).
Заполнение остающегося свободного объема микрополостей полимеризуемой композицией может быть осуществлено погружением пористого стекла в раствор названной полимеризуемой композиции и стадия полимеризации может быть выполнена обычным путем, например нагревом в автоклаве каркаса, пропитанного полимеризуемой композиции. Filling the remaining free volume of microcavities with the polymerizable composition can be carried out by immersing the porous glass in a solution of the polymerizable composition and the polymerization step can be carried out in the usual way, for example by heating in a frame autoclave impregnated with the polymerized composition.
Независимо от формы соединений ионы переходных металлов, например Cr(III), модифицируют процесс свободнорадиальной полимеризации композиции, оказывая влияние на стереоселективность. Regardless of the form of the compounds, transition metal ions, for example Cr (III), modify the process of free-radial polymerization of the composition, affecting stereoselectivity.
В результате, плотность упаковки полимерных цепей, образованных в процессе полимеризации, отличается от плотности упаковки цепей, образованных при обычной свободнорадикальной полимеризации без названных ионов, и, следовательно, образуется полимер с отличающимся показателем преломления. As a result, the packing density of the polymer chains formed in the polymerization process is different from the packing density of the chains formed by conventional free radical polymerization without the named ions, and therefore a polymer with a different refractive index is formed.
В качестве примеров полимеризуемых композиций, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, можно привести композиции на основе полиол (аллилкарбоната), например диэтиленгликоль-бис-аллилкарбонат, известного под торговой маркой CRT-39®, и его смеси с такими сомономерами, как винилацетат или олигоуретандиметакрилатами; алкилметакрилатов, например метилметакрилата (ММА); виниловых мономеров, например винилацетата (ВА), стирола и его смесей, с такими сомономерами, как ММА, ВА или акрилонитролом. Эти композиции обычно включают, кроме мономеров, инициаторы свободнорадиальной полимеризации, такие как перекиси или азо-соединения.Examples of polymerizable compositions that can be used in the present invention include polyol (allyl carbonate) compositions, for example diethylene glycol bis-allyl carbonate, known under the trademark CRT-39 ® , and mixtures thereof with comonomers such as vinyl acetate or oligourethanedimethacrylates; alkyl methacrylates, e.g. methyl methacrylate (MMA); vinyl monomers, for example vinyl acetate (VA), styrene and mixtures thereof, with comonomers such as MMA, VA or acrylonitrol. These compositions typically include, in addition to monomers, free-radical polymerization initiators, such as peroxides or azo compounds.
Возможность практической реализации прилагаемого изобретения иллюстрируется примерами, приведенными ниже. The possibility of practical implementation of the attached invention is illustrated by the examples below.
Во время экспериментов дифракционная эффективность измерялась на различных стадиях изготовления голограмм в пористом стекле. Первая серия измерений (ηem) производилась после экспонирования и проявления, когда свободный объем голограмм заполнен воздухом. Вторая серия измерений (ηrf) соответствует голограмме, заполненной жидким наполнителем с показателем преломления, равным показателю преломления полимерного наполнителя, который будет использован на третьей стадии изготовления голограммы. Третья серия измерений (ηmf) выполнялась после завершения процесса полимеризации. На основе полученных экспериментальных данных были вычислены коэффициенты усиления голограмм, определяемые как:
На фиг. 2 представлены зависимости дифракционной эффективности голограмм от силы решетки (χ): кружки соответствуют голограмме, заполненной полидиэтиленгликольбисаллилкарбонатом (HCR-39), и квадраты - голограмме, заполненной полиметилметакрилатом (ПММА). Эти данные отвечают экспериментам, в которых были получены максимальные величины K1 и K2.During the experiments, diffraction efficiency was measured at various stages of manufacturing holograms in porous glass. The first series of measurements (η em ) was performed after exposure and development, when the free volume of the holograms was filled with air. The second series of measurements (η rf ) corresponds to a hologram filled with a liquid filler with a refractive index equal to the refractive index of the polymer filler, which will be used in the third stage of manufacturing the hologram. The third series of measurements (η mf ) was performed after completion of the polymerization process. Based on the obtained experimental data, the amplification factors of the holograms were calculated, defined as:
In FIG. Figure 2 shows the dependences of the diffraction efficiency of holograms on the lattice strength (χ): the circles correspond to a hologram filled with polydiethylene glycol bisallyl carbonate (HCR-39), and the squares correspond to a hologram filled with polymethyl methacrylate (PMMA). These data correspond to experiments in which the maximum values of K 1 and K 2 were obtained.
В таблице 1 представлены коэффициенты усиления голограмм для обоих случаев. Table 1 shows the hologram gain for both cases.
Отсюда можно видеть, что в случае полимерного наполнителя с пространственно модулированным показателем преломления были достигнуты величины коэффициента усиления K2 от 5 до 70 раз по отношению к той же самой голограмме с однородным по показателю преломления жидким наполнителем. Следует отметить, что при заполнении голограммы полимерным наполнителем с пространственно промодулированным показателем преломления, ее коэффициент K1, по отношению к той же голограмме, заполненной воздухом, равен ~ 2,0 для ПCR-39-наполнителя и 4,5 для ПММА-наполнителя.From this it can be seen that in the case of a polymer filler with a spatially modulated refractive index, values of the gain K 2 from 5 to 70 times with respect to the same hologram with a liquid filler uniform in refractive index were achieved. It should be noted that when filling a hologram with a polymer filler with a spatially modulated refractive index, its coefficient K 1 , with respect to the same hologram filled with air, is ~ 2.0 for a PCR-39 filler and 4.5 for a PMMA filler.
Данные, представленные в Таблице 1, показывают также, что величины K1 and К2 не зависят существенно от типа пористого стекла и от природы катиона (Na+ или NH4 +) фотолизуемого вещества. Кроме того, в случае ПММА - наполнителя величины K1 and К2 увеличиваются с уменьшением экспозиции. Поэтому предлагаемый в настоящем изобретении метод получения голограммы позволяет существенно увеличить светочувствительность регистрирующей среды.The data presented in Table 1 also show that the values of K 1 and K 2 do not depend significantly on the type of porous glass and on the nature of the cation (Na + or NH 4 + ) of the photolysed substance. In addition, in the case of PMMA filler, the values of K 1 and K 2 increase with decreasing exposure. Therefore, the method of obtaining a hologram proposed in the present invention can significantly increase the photosensitivity of the recording medium.
Более того, после заполнения голограммы полимерным наполнителем уровень светорассеяния существенно снижается. Так, пропускание голограммы без наполнителя при λ = 488 nm равно τ = 0,75, но после заполнения свободного объема голограммы полимером величина τ увеличивается до 0,90. Moreover, after filling the hologram with a polymer filler, the light scattering level is significantly reduced. Thus, the transmission of a hologram without a filler at λ = 488 nm is τ = 0.75, but after filling the free volume of the hologram with a polymer, the value of τ increases to 0.90.
Пример 1
1. Пористое высококремнеземное стекло (средний радиус пор доля объема пор ~ 30 ± 1%) было использовано в форме дисков диаметром 40 мм и толщиной 1,5 мм (стекло Тип 1 в Таблице 1). Это стекло было получено кислотным травлением боросиликатного стекла следующего состава: SiO2- 61,12%; B2O3 - 28,03%; Na2O - 7,65%; Al2O3 - 3,17%, в весовых %.Example 1
1. Porous high silica glass (average pore radius a pore volume fraction of ~ 30 ± 1%) was used in the form of disks with a diameter of 40 mm and a thickness of 1.5 mm (Type 1 glass in Table 1). This glass was obtained by acid etching of borosilicate glass of the following composition: SiO 2 - 61.12%; B 2 O 3 - 28.03%; Na 2 O - 7.65%; Al 2 O 3 - 3.17%, in weight%.
2. Сенсибилизация названного пористого стекла была выполнена его импрегнированием в водном растворе (NH4)2Cr2O7 с концентрацией 1,25% (вес.), который брался в количестве, соответствующем 5 - 6-кратному превышению объема раствора относительно объема стекла. Процесс пропитки проводился при 20oC до тех пор, пока оптическая плотность импрегнируемого пористого стекла при λ = 488 нм не достигала 0,25 - 0,30. После этого пористое стекло сушилось на воздухе при комнатной температуре и объем пор заполнялся иммерсией - изопропиловым спиртом, чтобы предотвратить порчу стекла влагой.2. The sensitization of the aforementioned porous glass was carried out by its impregnation in an aqueous solution of (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 with a concentration of 1.25% (wt.), Which was taken in an amount corresponding to a 5–6-fold excess of the solution volume relative to the glass volume . The impregnation process was carried out at 20 o C until then, until the optical density of the impregnated porous glass at λ = 488 nm reached 0.25 - 0.30. After that, the porous glass was dried in air at room temperature and the pore volume was filled with immersion - isopropyl alcohol to prevent damage to the glass by moisture.
3. Пропускающая голограмма была зарегистрирована излучением аргонового лазера (488 нм) при угле схождения записывающих пучков 9,2o. Экспозиция составляла 0,5 Дж/см2. После регистрации голограммы пористый каркас был высушен на воздухе с целью удаления изопропилового спирта, затем был промыт дистиллированной водой при 20oC 15 часов и при 70oC 30 мин. В заключение удаление воды из пористого каркаса было осуществлено сушкой на воздухе и затем нагревом в печи при 120oC в течение 4 часов.3. A transmitting hologram was detected by argon laser radiation (488 nm) at a convergence angle of recording beams of 9.2 ° . The exposure was 0.5 J / cm 2 . After recording the hologram, the porous framework was dried in air to remove isopropyl alcohol, then it was washed with distilled water at 20 ° C for 15 hours and at 70 ° C for 30 minutes. In conclusion, the removal of water from the porous skeleton was carried out by drying in air and then heating in an oven at 120 ° C. for 4 hours.
4. Дифракционная эффективность голограмм (η) была измерена при λ = 633 нм (He-Ne лазер) для воздушно сухой голограммы (ηem) и для голограммы, заполненной неполимеризуемым материалом (о-ксилол) (ηrf).
Величины силы решетки голограммы (χ) были расчитаны по формуле:
Зависимость дифракционной эффективности от силы решетки представлена на фиг. 2 и величины χem, χrf/ приведены в Таблице 1. После измерений пористый каркас сушился в вакууме (10-2 мм Hg) при комнатной температуре (3 ч) и при 100oC (3 ч).4. The diffraction efficiency of the holograms (η) was measured at λ = 633 nm (He-Ne laser) for an air-dry hologram (η em ) and for a hologram filled with unpolymerizable material (o-xylene) (η rf ).
The values of the lattice lattice force (χ) were calculated by the formula:
The dependence of diffraction efficiency on the lattice force is shown in FIG. 2 and the values χ em , χ rf / are shown in Table 1. After the measurements, the porous skeleton was dried in vacuum (10 -2 mm Hg) at room temperature (3 h) and at 100 o C (3 h).
5. Заполнение пористой голограммы полимерным наполнителем было выполнено следующим образом. 5. Filling the porous hologram with a polymer filler was performed as follows.
Высушенное пористое стекло с зарегистрированной голограммой было пропитано 2% (по весу) раствором динитрила азоизомасляной кислоты в метилметакрилате (ММА) при комнатной температуре. The dried porous glass with a registered hologram was impregnated with a 2% (by weight) solution of azoisobutyric acid dinitrile in methyl methacrylate (MMA) at room temperature.
Для проведения полимеризации были заранее приготовлены специальные формы. Они состояли из двух дисков из силикатного стекла с плоскопараллельными полированными рабочими плоскостями. Сложенные диски обтягивались по периферии целлофановой пленкой (3-4 слоя). Предварительно рабочие поверхности дисков были обработаны дихлордиметилсиланом для уменьшения адгезии полимера к силикатной поверхности формы. Пропитанное пористое стекло с зарегистрированной голограммой было помещено внутри формы, в которую был дополнительно влит раствор инициатора в ММА таким образом, чтобы стекло было полностью погружено в него. Форма была помещена в автоклав, где было создано избыточное давление инертного газа (Ar или N2), 8 атм.For polymerization, special forms were prepared in advance. They consisted of two silicate glass disks with plane-parallel polished work planes. Folded discs were tightened around the periphery with a cellophane film (3-4 layers). Previously, the working surfaces of the disks were treated with dichlorodimethylsilane to reduce the adhesion of the polymer to the silicate surface of the mold. An impregnated porous glass with a registered hologram was placed inside the mold into which an initiator solution in MMA was additionally poured so that the glass was completely immersed in it. The form was placed in an autoclave, where an inert gas overpressure (Ar or N 2 ), 8 atm, was created.
Процесс полимеризации был проведен при нагреве автоклава в жидкостном термостате согласно следующему режиму:
Выдержка при 60oC - 24 ч,
Подъем температуры до 100oC со скоростью 10o/ч,
Выдержка при 100oC - 2 ч и
Понижение температуры до комнатной со скоростью 10o/ч.The polymerization process was carried out by heating the autoclave in a liquid thermostat according to the following mode:
Exposure at 60 o C - 24 hours,
Raising the temperature to 100 o C at a speed of 10 o / h,
Exposure at 100 o C - 2 h and
Lowering the temperature to room temperature at a rate of 10 o / h.
После сброса давления в автоклаве до атмосферного автоклав был открыт и образец был извлечен из формы. After depressurizing the autoclave to atmospheric, the autoclave was opened and the sample was removed from the mold.
6. Была измерена дифракционная эффективность голограммы, зарегистрированной в пористом каркасе, импрегнированном полимерным наполнителем, и была расчитана величина χmf (См. Стадию 4). Коэффициенты усиления были определены согласно выражению (4) и приведены в Таблице 1.6. The diffraction efficiency of the hologram recorded in a porous frame impregnated with a polymer filler was measured and the χ mf value was calculated (See Step 4). Gain factors were determined according to expression (4) and are shown in Table 1.
Пример 2
Стадии 1-6 из Примера 1 были повторены, за исключением того, что экспозиция при регистрации голограммы составляла 3 Дж/см2.Example 2
Steps 1-6 of Example 1 were repeated, except that the exposure during registration of the hologram was 3 J / cm 2 .
Все экспериментальные данные представлены в Таблице 1. All experimental data are presented in Table 1.
Пример 3
Стадии 1-6 из Примера 1 были повторены за исключением того, что:
- экспозиция при записи голограммы составляла 3 Дж/см2 (этап 3).Example 3
Steps 1-6 of Example 1 were repeated except that:
- the exposure when recording the hologram was 3 J / cm 2 (step 3).
- 2% (по весу) раствор инициатора (перекись бензоила) в CR-39 (мономер) был использован для импрегнирования пористого стекла и для образования полимерного наполнителя внутри пор (этап 5). Процесс полимеризации был осуществлен нагревом автоклава в жидкостном термостате согласно следующему режиму:
Выдержка при 60oC - 24 ч;
Выдержка при 80oC - 65 ч;
Подъем температуры до 100oC со скоростью 10oC/ч;
Выдержка при 100oC - 1,5 ч и
Понижение температуры до комнатной со скоростью 10oC/ч.- 2% (by weight) initiator solution (benzoyl peroxide) in CR-39 (monomer) was used to impregnate porous glass and to form a polymer filler inside the pores (step 5). The polymerization process was carried out by heating the autoclave in a liquid thermostat according to the following mode:
Exposure at 60 o C - 24 hours;
Exposure at 80 o C - 65 hours;
Raising the temperature to 100 o C at a speed of 10 o C / h;
Exposure at 100 o C - 1.5 hours and
Lowering the temperature to room temperature at a rate of 10 o C / h
Все экспериментальные данные представлены на фиг. 2 и в Таблице 1. All experimental data are presented in FIG. 2 and in Table 1.
Пример 4
Стадии 1-6 из Примера 1 были повторены, за исключением того, что:
- использовано пористое высококремнеземное стекло со средним радиусом пор 40-50 и объемной долей пор 26 ± 1% (стекло Тип II в Таблице 1), полученное кислотным травлением боросиликатного стекла следующего состава (в весовых %): SiO2 - 67,5%; В2O3-24,6%; Na2O -7,9%; Al2O3 - 0,5%;
- сенсибилизация пористого стекла проводилась его пропиткой 10% (по весу) водным Na2Cr2O7 (стадия 2).Example 4
Steps 1-6 of Example 1 were repeated, except that:
- used porous high silica glass with an average pore radius of 40-50 and a pore volume fraction of 26 ± 1% (Type II glass in Table 1) obtained by acid etching of borosilicate glass of the following composition (in weight%): SiO 2 - 67.5%; In 2 O 3 -24.6%; Na 2 O -7.9%; Al 2 O 3 - 0.5%;
- sensitization of porous glass was carried out by impregnating it with 10% (by weight) aqueous Na 2 Cr 2 O 7 (stage 2).
Все экспериментальные данные представлены в Таблице 1. All experimental data are presented in Table 1.
Claims (21)
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97115684/28A RU2168707C2 (en) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | Volume phase hologram and process of its generation |
PCT/US1998/018778 WO1999015939A1 (en) | 1997-09-19 | 1998-09-10 | Volume phase hologram and method for producing the same |
JP2000513176A JP2001517812A (en) | 1997-09-19 | 1998-09-10 | Volume phase hologram and method for manufacturing the same |
KR1020007002924A KR20010024157A (en) | 1997-09-19 | 1998-09-10 | Volume phase hologram and method for producing the same |
CN98809312A CN1271429A (en) | 1997-09-19 | 1998-09-10 | Volume phase hologram and method for producing the same |
EP98946901A EP1023643A4 (en) | 1997-09-19 | 1998-09-10 | Volume phase hologram and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97115684/28A RU2168707C2 (en) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | Volume phase hologram and process of its generation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97115684A RU97115684A (en) | 2000-01-27 |
RU2168707C2 true RU2168707C2 (en) | 2001-06-10 |
Family
ID=20197327
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97115684/28A RU2168707C2 (en) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | Volume phase hologram and process of its generation |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1023643A4 (en) |
JP (1) | JP2001517812A (en) |
KR (1) | KR20010024157A (en) |
CN (1) | CN1271429A (en) |
RU (1) | RU2168707C2 (en) |
WO (1) | WO1999015939A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009123500A1 (en) | 2008-04-03 | 2009-10-08 | Adzhalov Vladimir Isfandeyarov | Image visualisation method and device for carrying out said method |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2002116488A (en) | 2002-06-18 | 2004-01-27 | Корнинг Инкорпорейтед (US) | Volumetric phase hologram and method of its creation |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2315328A (en) * | 1938-11-04 | 1943-03-30 | Corning Glass Works | High silica glass article |
US3860429A (en) * | 1973-03-16 | 1975-01-14 | Ici America Inc | Photopolymerization of ethylenically unsaturated organic compounds |
US4187111A (en) * | 1977-05-31 | 1980-02-05 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Sensitized porous bodies useful for producing thick refractive index recordings |
US4173475A (en) * | 1977-05-31 | 1979-11-06 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Latent image thick refractive index recordings |
US4403031A (en) * | 1981-06-25 | 1983-09-06 | Corning Glass Works | Method for providing optical patterns in glass |
US4488864A (en) * | 1983-08-04 | 1984-12-18 | Corning Glass Works | Integral optical device and method of making it |
JPH0690589B2 (en) * | 1984-12-14 | 1994-11-14 | ソニー株式会社 | Hologram recording medium |
GB2174692B (en) * | 1985-04-04 | 1989-06-28 | Canon Kk | Method for forming optical pattern |
US4778744A (en) * | 1986-11-21 | 1988-10-18 | Corning Glass Works | Method for providing high-intensity optical patterns in glass |
US4970129A (en) * | 1986-12-19 | 1990-11-13 | Polaroid Corporation | Holograms |
GB8815966D0 (en) * | 1988-07-05 | 1988-08-10 | Marconi Gec Ltd | Optical elements |
US5213915A (en) * | 1989-05-19 | 1993-05-25 | Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry | Holographic recording material and method for holographic recording |
EP0409396B1 (en) * | 1989-06-05 | 1995-09-06 | Nippon Sheet Glass Co. Ltd. | Process for producing light control plate having light-scattering pervious region |
US5196282A (en) * | 1990-07-16 | 1993-03-23 | Hughes Aircraft Company | Glassy oxide network passivation of dichromated gelatin holograms |
US5627217A (en) * | 1993-06-29 | 1997-05-06 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Interfacial polymerization in a porous substrate and substrates functionalized with photochemical groups |
-
1997
- 1997-09-19 RU RU97115684/28A patent/RU2168707C2/en active
-
1998
- 1998-09-10 JP JP2000513176A patent/JP2001517812A/en not_active Withdrawn
- 1998-09-10 CN CN98809312A patent/CN1271429A/en active Pending
- 1998-09-10 WO PCT/US1998/018778 patent/WO1999015939A1/en not_active Application Discontinuation
- 1998-09-10 EP EP98946901A patent/EP1023643A4/en not_active Withdrawn
- 1998-09-10 KR KR1020007002924A patent/KR20010024157A/en not_active Application Discontinuation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Sukhanov V. Heterogeneous recording media. In SPIE, 1989, V.1232, p.226-230. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009123500A1 (en) | 2008-04-03 | 2009-10-08 | Adzhalov Vladimir Isfandeyarov | Image visualisation method and device for carrying out said method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20010024157A (en) | 2001-03-26 |
CN1271429A (en) | 2000-10-25 |
JP2001517812A (en) | 2001-10-09 |
WO1999015939A1 (en) | 1999-04-01 |
EP1023643A4 (en) | 2003-06-11 |
EP1023643A1 (en) | 2000-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4970129A (en) | Holograms | |
US4842968A (en) | Hologram recording medium | |
US6268089B1 (en) | Photorecording medium and process for forming medium | |
JP4536275B2 (en) | Photosensitive composition for volume hologram recording and photosensitive medium for volume hologram recording | |
US5776634A (en) | Photosensitive recording medium and method of preparing volume type phase hologram member using same | |
US7781124B2 (en) | Hologram recording material | |
JPS6222152B2 (en) | ||
JP3039165B2 (en) | Optical recording film and manufacturing method thereof | |
JP2001282082A (en) | Hologram recording material composition, hologram recording medium and producing method thereof | |
US6914703B2 (en) | Holographic recording material composition | |
CN1878854B (en) | Photopolymerizing composition and photopolymerizing recording medium manufactured using the same and used to manufacture 3D optical memory | |
JPS6021631B2 (en) | Photochromic composition and its manufacturing method | |
RU2168707C2 (en) | Volume phase hologram and process of its generation | |
JP4325404B2 (en) | Photopolymer composition for hologram recording material, hologram recording medium and method for producing the same | |
WO2003077033A2 (en) | Photosensitive material and process of making same | |
Lessard et al. | Holographic recording materials | |
US5213915A (en) | Holographic recording material and method for holographic recording | |
EP0293461B1 (en) | Holograms | |
US20040033423A1 (en) | Holographic recording material | |
JP2001056631A (en) | Composition for hologram recording material, hologram recording medium and its production | |
JPH06295150A (en) | Hologram recording composition, hologram recording medium and production of hologram using the medium | |
JPH05210343A (en) | Hologram forming material and production of hologram | |
JPH05210344A (en) | Hologram forming material and production of hologram | |
JPS61165784A (en) | Hologram | |
JP4615754B2 (en) | Photosensitive composition for volume hologram recording and photosensitive medium for volume hologram recording |