Светочувствительный материал для записи трехмерной голограммы и способ его получения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЗАПИСИ ТРЕХМЕРНОЙ ГОЛОГРАММЫ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Эфендиев Терлан Шаид оглы Катаркевич Василий Михайлович Рубинов Анатолий Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(56) ЭФЕНДИЕВ Т.Ш. и др. Письма в ЖТФ. 2006. - Т. 32. - Вып. 21. - С. 62-68.9613 1, 2007. ЭФЕНДИЕВ Т.Ш. и др.,. - 2009. -5. С. 67-73. ГАНЖЕРЛИ Н.М. и др. Письма в ЖТФ. - 2000. - Т. 26. - Вып. 16. - С. 22-29. МАЛОВ А.Н. и др. Голографические регистрирующие среды на основе дихромированного желатина супрамолекулярный дизайн и динамика записи. - Иркутск, 2006. - С. 326-327.(57) 1. Светочувствительный материал для записи трехмерной голограммы, содержащий желатин фотографический, краситель и дистиллированную воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит наночастицы двуокиси кремния со средним диаметром 12 нм при следующем соотношении компонентов, мас.желатин фотографический 7,0-15,0 краситель 0,006-0,10 наночастицы двуокиси кремния со средним диаметром 12 нм 3,0-12,0 дистиллированная вода остальное. 2. Способ получения светочувствительного материала по п. 1, при котором готовят раствор красителя в дистиллированной воде, добавляют в него при непрерывном перемешивании водную суспензию наночастиц двуокиси кремния, затем добавляют желатин,выдерживают при комнатной температуре в течение 2 часов, нагревают до температуры 60-65 С и выдерживают при периодическом перемешивании в течение 1,0-1,5 часов, приготовленный раствор заливают в нагретую до температуры 50-60 С герметичную плоскопараллельную кювету из оптического стекла и выдерживают для студенения при комнатной температуре в течение 1-2 суток. Изобретение относится к регистрирующим средам для записи трехмерных голограмм с физической толщиной порядка 1 мм и способам их получения и может быть использовано для разработки и изготовления элементов голограммной оптики. 15243 1 2011.12.30 Трехмерная голограмма, т.е. голограмма, записанная в объемной светочувствительной среде, обладает рядом полезных свойств по сравнению с двухмерной голограммой. Среди них необходимо отметить высокую угловую и спектральную селективность, возможность многократной записи голограмм на одном и том же участке светочувствительного материала, возможность реконструкции изображения в белом свете и др. Известен толстослойный светочувствительный материал на основе содержащего глицерин бихромированного желатина, предназначенный для записи трехмерных голограмм Денисюк Ю.Н. и др. Толстослойный глицеринсодержащий бихромированный желатин для записи объемных голограмм. Письма в ЖТФ. - 1997. - Т. 23. -7. - С. 62-66. Записанные в таком материале голограммы не обладают свойством реверсивности, т.е. материал не позволяет осуществлять перезапись голограмм. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототип) является светочувствительный материал на основе активированного красителем водно-желатинового геля Эфендиев Т.Ш. и др. Запись объемных голограмм в водножелатиновом геле, активированном красителем. Письма в ЖТФ. - 2006. - Т. 32. -21. С. 62-68. При воздействии на такой светочувствительный материал интерферирующих лазерных лучей в нем записывается фазовая объемная голограмма. Голограммы, записанные в активированном красителем водно-желатиновом геле, достаточно долговечны и сохраняют свои свойства в течение длительного времени. Такой материал обладает свойством реверсивности и допускает многократное использование одного и того же объема геля для записи голограмм. Недостатком такого светочувствительного материала является относительно невысокая температура, при которой возможна эксплуатация образцов с записанной голограммой. Максимальная температура окружающей среды, при которой обеспечивается наиболее высокая дифракционная эффективность записанных фазовых голограмм, не превышает 28 С. При нагреве светочувствительного материала выше указанной температуры наблюдается плавное уменьшение дифракционной эффективности записанной голограммы. При температуре выше 32 С голограмма практически полностью стирается. Это обстоятельство ограничивает границы практического использования такого светочувствительного материала. Задачей изобретения является создание светочувствительного материала, предназначенного для записи трехмерных голограмм, обеспечивающего эксплуатацию образцов голограмм при более высокой температуре окружающей среды. Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в заявляемом светочувствительном материале для записи трехмерной голограммы, содержащем краситель, дистиллированную воду и желатин фотографический, вышеуказанный технический результат обеспечивают тем, что светочувствительный материал дополнительно содержит наночастицы двуокиси кремния 2 со средним диаметром 12 нм при следующем соотношении компонентов, мас.желатин фотографический 7,0-15,0 наночастицы двуокиси кремния 2 со средним диаметром 12 нм 3,0-12,0 краситель 0,006-0,1 дистиллированная вода остальное. Соотношения компонентов определены на основе большой серии проведенных экспериментальных измерений. Как показали эксперименты, выбранный диапазон компонентов, указанный в формуле изобретения, является оптимальным для решения поставленной задачи. Способ получения светочувствительного материала, при котором готовят раствор красителя в дистиллированной воде, добавляют в него при непрерывном перемешивании водную суспензию наночастиц двуокиси кремния, затем в него добавляют желатин, вы 2 15243 1 2011.12.30 держивают при комнатной температуре в течение 2 часов, нагревают до температуры 6065 и выдерживают при периодическом перемешивании в течение 1-1,5 часов, приготовленный раствор заливают в нагретую до температуры 50-60 С герметичную плоскопараллельную кювету из оптического стекла и выдерживают для студенения при комнатной температуре в течение 1-2 суток. Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами, где на фиг. 1 показан спектр поглощения 5 мм слоя водно-желатинового геля с концентрацией желатина 10 мас.на фиг. 2 показан спектр поглощения 1,1 мм слоя 10 -го геля с родамином 6 Ж (концентрация красителя 0,01 мас. ) без наночастиц на фиг. 3 показан спектр поглощения 1,1 мм слоя 10 -го геля с родамином 6 Ж (концентрация красителя 0,01 мас. ) с наночастицами 2 (концентрация наночастиц 3,6 мас. ) на фиг. 4 показана зависимость дифракционной эффективности объемных голограмм от дозы облучениядля геля без наночастиц 2 на фиг. 5 показана зависимость дифракционной эффективности объемных голограмм от дозы облучениядля геля с добавкой наночастиц 2. Светочувствительный материал по предлагаемому изобретению приготавливается следующим образом. Готовят раствор красителя родамин 6 Ж в дистиллированной воде. Концентрация красителя в растворе составляет 3,1310-4 моль/л. К 8 частям (по объему) раствора красителя при непрерывном тщательном перемешивании добавляют 1 часть (по объему) водной суспензии наночастиц 2 торговой марки -30 (средний диаметр частиц составляет 12 нм, а их весовая концентрация равна 30 ). Затем в полученный раствор добавляют 1 часть по весу желатина, который набухает в нем в течение 2 часов при комнатной температуре. Далее приготовленный раствор нагревают до температуры 60-65 С и выдерживают при периодическом помешивании в течение 1-1,5 часов. Концентрация желатина в геле составляет 10 мас.при концентрации красителя и наночастиц 0,01 мас.и 3,6 мас.соответственно. Приготовленный раствор заливают в герметичную плоскопараллельную кювету из оптического стекла с расстоянием между рабочими окнами 1,1 мм. Перед заливкой раствора в кювету ее прогревают до температуры 50-60 С. Затем полученный раствор студенится при комнатной температуре в течение не менее одних суток. Из приведенных на фиг. 1, 2 и 3 спектров поглощения видно, что основной вклад в поглощение среды вносят молекулы красителя. Влияние желатина на поглощение среды в видимой области спектра минимально, а добавка наночастиц приводит лишь к незначительному изменению формы его контура. Запись голографической информации осуществлялась двумя сходящимися пучками излучения второй гармоники (532 нм) АИГ-лазера. Спектральная ширина линии излучения второй гармоники составляла 610-3 нм, энергия импульса составляла 8 мДж, длительность 17 нс, частота следования импульсов 50 Гц. Угол схождения пучков соответствовал пространственной частоте 200 мм-1. Интерферирующие пучки излучения записи распространялись симметрично относительно нормали к поверхности регистрирующего слоя. Диаметр экспонируемого пятна был порядка 3 мм. Считывание голограммы осуществлялось излучением гелий-неонового лазера. Дифракционная эффективность записанной голограммы определялась по формуле(1/(10100 , где 1 - интенсивность дифрагировавшего пучка, 0 - интенсивность прямо прошедшего пучка. На фиг. 4 приведена измеренная зависимость дифракционной эффективности голограммы, записанной в известном светочувствительном материале (прототип). На фиг. 5 приведена такая же зависимость при использовании заявляемого материала. 3 15243 1 2011.12.30 В обоих случаях концентрация желатина и красителя родамин 6 Ж в светочувствительном материале составляла 10 мас.и 0,01 мас.соответственно. Энергетическая экспозиция достигала 600 Дж/см 2. Из измеренных зависимостей видно, что допирование геля наночастицами 2 несколько уменьшает величину дифракционной эффективности записанной голограммы. Ее величина остается достаточно высокой ( 76 ) и сопоставима с результатами, опубликованными в научной литературе. Измерена температура плавления геля для прототипа и заявляемого материала. Измерения проводились по методике, изложенной в ГОСТе 25183.6-82. Желатин фотографический. Метод определения температуры плавления. Водно-желатиновый раствор заливали в пробирку. Пробирка ставилась в вертикальном положении на подставку и помещалась в холодильник. После застывания раствора пробирка плотно закрывалась резиновой пробкой и в перевернутом виде на той же подставке помещалась в сосуд с водой при температуре 20-21 С. Сосуд устанавливали на электроплитку и при помешивании подогревали воду. Температура воды измерялась укрепленным на подставке термометром. Температура воды, при которой гель начинал сползать вниз, а пузырек воздуха проходил через гель и достигал дна пробирки, принималась за температуру плавления геля. Данная операция проводилась как с активированным красителем гелем без наночастиц, так и с наночастицами. Проведенные измерения показали, что температура плавления геля без наночастиц составляла 33 С, а с наночастицами - 45 С. Таким образом, допирование активированного красителем желатинового геля наночастицами 2 позволило повысить температуру плавления геля на 12 С. Это позволяет использовать голограммы в условиях, когда температура окружающей среды достигает 45 С, что существенно расширяет возможности практического использования голограмм такого типа. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5