RU2534814C1

RU2534814C1 - Способ записи изображений

Info

Publication number: RU2534814C1
Application number: RU2013121096/28A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Михайлович Михеев; Константин Георгиевич Михеев; Татьяна Николаевна Могилева; Алексей Петрович Пузырь; Владимир Станиславович Бондарь
Original assignee: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики Уральского отделения РАН
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2014-12-10
Also published as: RU2013121096A

Abstract

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа записи изображений. Способ включает в себя формирование на подложке светочувствительного слоя из наноалмазной пленки и облучение наноалмазной пленки сфокусированным излучением лазера по заданной программе с целью получения нужного изображения. Изображение на наноалмазной пленке возникает за счет почернения облученных участков пленки в результате превращения наноалмазных частиц в аморфный углерод в поле сфокусированного излучения лазера. Технический результат заключается в упрощении способа записи и уменьшении энергозатрат. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к области записи изображений и может быть использовано в оптическом приборостроении для создания фотошаблонов микросхем, формирования дифракционных оптических элементов, шкал и сеток различных оптических приборов и т.д.

Известен способ записи дифракционных структур за счет селективного испарения непрозрачной металлической пленки, нанесенной на стеклянную подложку, при интерференции двух когерентных мощных пучков лазера [Михеев Г.М., Зонов Р.Г., Калюжный Д.Г. // Изв. вузов. Приборостроение. 2004. Т. 47. №8. С. 62-66]. Этот способ является модернизацией хорошо известного способа точечного испарения непрозрачной металлической пленки сфокусированным пучком лазера, пригодного для записи изображений различных элементов. Однако при этом можно получить только «негатив» изображения. Кроме того, для локального испарения металлической пленки требуются большие плотности лазерной мощности. Плотность мощности лазерного излучения можно увеличить с помощью короткофокусных объективов. Применение короткофокусных объективов порождает серьезную технологическую проблему, которая заключается в загрязнении объектива частицами испаряющейся металлической пленки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ записи изображений, заключающийся в следующем [Кирьянов В.П., Никитин В.Г. К вопросу о механизме записи изображений в пленках хрома // Автометрия. 2004. Т. 40. №2. С. 59-68]. На стеклянную подложку в условиях вакуума наносят тонкий, практически прозрачный слой хрома. На слое хрома с помощью сфокусированного луча за счет термофизических процессов формируют скрытое изображение. Далее пленку помещают в селективный травитель, в результате чего необлученные лазером участки хромовой пленки селективно вытравливаются. Таким образом, происходит проявление скрытого изображения, сформированного на стадии экспозиции пленки. Этот способ записи изображений требует применения вакуумно-технологической установки для нанесения тонких пленок на подложку. Для получения скрытого изображения нужны плотности мощности лазерного излучения на уровне (1÷3)·10⁶ Вт/см², кроме того, для проявления скрытого изображения нужно использовать селективный травитель [Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Чурин Е.Г., Орлов Ю.И. // Квантовая электроника. 1985. Т. 12. №4. С. 755-761].

Задачей изобретения является упрощение способа записи изображений.

Задача решается способом, в котором в качестве светочувствительной пленки используют наноалмазную пленку.

Пленку на подложке формируют из наноалмазов детонационного синтеза с модифицированной поверхностью.

Поверх наноалмазной пленки наносят тонкий слой прозрачного материала.

Техническим результатом является упрощение способа записи изображения и уменьшение энергопотребления за счет уменьшения мощности лазера, используемого для записи.

На фиг.1 изображена дифракционная решетка (последовательность параллельных зачерненных линий), полученная на тонкой пленке из наноалмазов детонационного синтеза, нанесенной на стеклянную подложку.

На фиг.2 показано изображение квадрата (140×85 мкм) на тонкой пленке из наноалмазов детонационного синтеза, нанесенной на стеклянную подложку.

На фиг.3 показаны спектры спонтанного комбинационного рассеяния света (СКР) участков наноалмазной пленки до (кривая 1) и после (кривая 2) облучения их излучением гелий-неонового лазера на длине волны 632.8 нм с плотностью мощности 2,5·10⁵ Вт/см².

Способ записи изображений заключается в следующем. На гладкой подложке формируют тонкую прозрачную или полупрозрачную пленку из наноалмазов. Подложка может быть выполнена из кварцевой, стеклянной пластины, из кремниевой или германиевой пластины. Формирование тонкой наноалмазной пленки на подложке можно осуществлять хорошо известным способом плазмо-химического осаждения или же довольно простым способом путем нанесения суспензии наноалмазов на подложку с последующим высушиванием жидкой фазы. В последнем случае предпочтительно использовать наноалмазы детонационного синтеза с модифицированной поверхностью, позволяющие получать стабильные во времени суспензии в воде или этаноле [Бондарь B.C., Пузырь А.П. // ФТТ. 2004. Т. 46. С. 698-701]. Способ получения наноалмазов детонационного синтеза с модифицированной поверхностью описан в патенте [Пузырь А.П., Бондарь B.C. // Патент РФ на изобретение №2252192, опубликован 20.05.2005, Бюл. №14]. Предварительно до процедуры записи изображений (с целью защиты получаемых изображений от внешнего воздействия) поверх наноалмазной пленки наносят тонкий слой прозрачного материала. Далее подложку с пленкой располагают на двухкоординатном столе. Двухкоординатный стол может быть автоматизирован и работать под управлением компьютера. Лазер устанавливают напротив двухкоординатного стола, и его излучение с помощью объектива фокусируют на поверхность наноалмазной пленки. Нужное изображение, заложенное в памяти компьютера, записывают на наноалмазной пленке путем автоматического сканирования двухкоординатного стола по заданной программе. Запись изображения также возможна путем автоматического сканирования лазерного пучка относительно неподвижной подложки с наноалмазной пленкой. Управление двухкоординатным столом возможно также вручную.

Запись изображения на поверхность пленки происходит в результате взаимодействия лазерного излучения с наноалмазными частицами, которые в процессе воздействия лазера превращаются в наноуглерод с оптической плотностью, значительно превышающей оптическую плотность наноалмаза, т.е. в точке лазерного воздействия наноалмазная пленка становится менее прозрачной. В результате превращения наноалмазных частиц в наноуглерод происходит существенное изменение спектра СКР облученных участков. Необходимо отметить, что снятие спектров СКР производится при мощностях лазерного излучения, значительно меньших мощности, вызывающей необратимое видоизменение наноалмазных частиц. Спектр СКР почерненного участка (кривая 2, фиг.3) имеет четко выраженные два пика с частотными сдвигами, равными 1323 и 1590 см^-1. Эти пики соответствуют аморфному углероду и отсутствуют в спектре СКР исходной наноалмазной пленки (кривая 1, фиг.3).

Пример осуществления изобретения

Способ записи изображений по данному изобретению был продемонстрирован на примере записи параллельных и взаимно-перпендикулярных линий на наноалмазной пленке, сформированной на стеклянной подложке (см. фиг.1 и 2). Формирование пленки осуществлялось путем нанесения суспензии наноалмазов на подложку с последующим высушиванием жидкой фазы. Поверх наноалмазной пленки наносился тонкий слой прозрачной пленки из цапонлака. В качестве наноалмазов использовались наноалмазы детонационного синтеза с модифицированной поверхностью. Средний размер наноалмазных частиц составлял 50 нм. Лазерным источником служил гелий-неоновый лазер на длине волны излучения 632.8 нм. Излучение лазера фокусировалось на наноалмазную пленку, расположенную на двухкоординатном столике. Для фокусировки излучения использовались стандартные микрообъективы (10Х NA 0.25, 50Х NA 0.7, 100Х NA 0.9). Мощность излучения лазера на выходе объектива (100Х NA 0.9) находилась на уровне 8,5 мВт, при этом диаметр лазерного пятна на поверхности пленки составлял 2 мкм. В результате плотность мощности в точке воздействия излучения на пленку была не более 2,7·10⁵ Вт/см². Кратковременное воздействие лазерного излучения на пленку приводило к почернению пленки с образованием непрозрачного диска, имеющего диаметр от 2 до 7 мкм, в зависимости от времени облучения (доли секунд или секунды) и толщины наноалмазной пленки. При ручном непрерывном перемещении исследуемого образца с помощью двухкоординатного стола, например, вдоль оси y на наноалмазной пленке образовывалась непрозрачная линия, толщина которой варьировалась от 1 до 3 мкм в зависимости от скорости движения луча лазера (от 0.4 мм/с до 10 мм/с) по поверхности пленки. Далее можно было «начертить» следующую линию, которая была параллельна первой и располагалась на некотором расстоянии от первой. Таким образом, на наноалмазной пленке можно было получить изображение большого числа параллельных линий, представляющих собой дифракционную решетку (см. фиг.1). Для примера было также получено изображение прямоугольника со сторонами, равными 140 и 85 мкм (см. фиг.2).

Таким образом, при использовании гелий-неонового лазера на длине волны 632.8 нм и ручном сканировании была достигнута плотность записи до 400 линий на один миллиметр. Дальнейшее увеличение плотности записи изображения может быть достигнуто за счет автоматического сканирования с достаточно большой скоростью движения пленки относительно сфокусированного луча, а также применения лазера, например гелий-кадмиевого, с длиной волны 440 или 325 нм, позволяющего получить меньший диаметр сфокусированного пучка. При этом может быть достигнута плотность записи свыше 1000 линий на один миллиметр.

Claims

1. Способ записи изображений, включающий формирование на подложке светочувствительной пленки, экспозиция ее сфокусированным излучением лазера, отличающийся тем, что в качестве светочувствительной пленки используют наноалмазную пленку.

2. Способ записи изображений по п.1, отличающейся тем, что пленку на подложке формируют из наноалмазов детонационного синтеза с модифицированной поверхностью.

3. Способ записи изображений по п.1, отличающийся тем, что поверх наноалмазной пленки наносят тонкий слой прозрачного материала.