способ изготовления голографического материала

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА на основе незадубленного слоя бихромированной желатины, включающий приготовление раствора желатины, введение солей бихроматов, нанесение слоя на подложку, студенение и сушку, отличающийся тем, что, с целью увеличения светочувствительности голографического материала, готовят стуктурированный слой путем студенения раствора желатины, нанесенного на подложку, сушки, после чего полученный слой очувствляют в растворе солей бихроматов и сушат.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии изготовления голографического материала и может быть использовано в химико-фотографической промышленности, при производстве изобразительных голограмм и голографических оптических элементов.

Каждому из голографических фотоматериалов (галогенидсеребряным, термопластическим слоям, бихромированной желатине, ХСП) присущи свои достоинства и недостатки. Бихромированная желатина (БХЖ) наряду с преимуществами, выгодно отличающими ее от других регистрирующих сред (простота в изготовлении, высокая разрешающая способность, малое светорассеяние), имеет и существенный недостаток, заключающийся в малой голографической чувствительности, в чем уступает область применения БХЖ как регистрирующей среды в голографии, особенно в тех случаях, когда при изготовлении голограммы параметр светочувствительности становится определяющим. Так, при увеличении размера голограммы чувствительность среды должна быть достаточной для того, чтобы осуществить запись голограммы с учетом мощности излучения современных лазеров.

Известные способы получения слоев БХЖ отличаются степенью дубления матрицы желатины в процессе изготовления слоя. Они разделяют слои на задубленные и незадубленные. Незадубленные слои БХЖ предполагают получение слоя на основе желатины с хромовокислой солью без какого-либо химического или термического дубления перед экспонированием. Очувствление или сенсибилизация слоя при этом осуществляется на этапе изготовления светочувствительной композиции путем введения солей бихроматов в раствор желатины.

Известно, что в растворе молекулы желатины находятся преимущественно в конформационном состоянии клубка. При понижении температуры раствора происходит его студенение, осуществляется переход клубок-спираль и формируется конформация коллагеноподобной спирали. Если студенится раствор желатины с введенными солями бихроматов, то конформационный переход клубок-спираль затормаживатся.

Известен способ изготовления незадубленного слоя БХЖ, в котором формирование матрицы БХЖ осуществляется путем полива на подложку раствора желатины с введенными солями бихроматов и последующих операций студенения и сушки слоя. На этапе изготовления раствора светочувствительной композиции в него вводятся также добавки типа сахаров. Значение голографической чувствительности составляет 50 мДж/см²на длине волны 0,515 мкм, дифракционная эффективность (ДЭ) полученных голограмм - 90% . Способ не позволяет достичь более высоких значений чувствительности, что является его недостатком.

В качестве прототипа был выбран способ изготовления незадубленного слоя БХЖ НС, включающий изготовление 7% -ного раствора щелочной желатины при 40^оС, введение в него бихромата аммония (БХА) в количестве 3% от веса желатины, полив светочувствительной композиции на подложку слоем толщиной 220 мкм (из расчета конечной толщины слоя 10-12 мкм с учетом усадки при сушке), студенения слоя при температуре 7-10^оС в течение 1,5-2 ч, сушку в комнатных условиях в течение 15-24 ч. Чувствительность слоя равна 50 мДж/см² на длине волны 0,515 мкм, ДЭ голографического зеркала, записанного на слое, более 80% .

Указанный способ обладает отмеченным выше недостатком, свойственным БХЖ как регистрирующей среде в голографии, и заключается в недостаточно высоком значении голографической чувствительности слоя.

Целью изобретения является повышение голографической чувствительности материала на основе незадубленной БХЖ.

Цель достигается тем, что в способе изготовления голографического материала, включающем приготовление раствора желатины, введение солей бихроматов, нанесение раствора на подложку, студенение и сушку слоя, на подложку наносят раствор желатины, студенят его, сушат, затем полученный слой очувствляют в растворе солей бихроматов и сушат.

Сущность изобретения состоит в том, что вначале изготавливают слой желатины с определенной конформацией молекул (конформацией коллагеноподобной спирали), достигаемой студенением раствора желатины. Введение солей бихроматов осуществляют не в раствор, а в слой желатины. Наличие спиралевидной структуры молекул желатины позволяет более оптимально осуществлять взаимодействие с ионами хрома при введении солей бихроматов, чем у клубковой структуры.

Число потенциальных сшивок молекулы желатины с ионами хрома, влияющее на голографическую чувствительность БХЖ, определяется как соотношением концентраций желатины и хрома, так и конформационным фактором, под которым мы подразумеваем обеспечение оптимального пространственного расположения фрагментов молекул желатины для образования сшивок с хромом. В том случае, когда соли бихроматов вводятся в раствор желатины, где молекулы находятся преимущественно в состоянии клубка, число потенциальных сшивок ограничено вследствие малости конформационного фактора и концентрации вводимых ионов хрома. Повышение концентрации вводимых ионов хрома приводит к ухудшению качества слоя, так как при этом будет происходить темновое дубление желатины в процессе изготовления слоя и, соответственно, уменьшение чувствительности. Помимо этого при сушке слоя может возникнуть кристаллизация БХА на поверхности слоя.

В случае же, когда соли бихроматов вводятся в сформированную матрицу желатины, где молекулы желатины развернуты в спиралевидную конформацию, конформационный фактор возрастает, растет и число потенциальных сшивок при внедрении бихроматов. При этом, так как матрица желатины заструктурирована сеткой образованного геля, то концентрацию вводимых ионов хрома можно увеличивать без ухудшения качества слоя в большей степени, чем при введении ионов хрома в раствор. Действие обоих факторов приводит к тому, что число сшивок с хромом при экспонировании возрастает, а это способствует повышению голографической чувствительности слоя.

Операции приготовления раствора желатины, получения слоя определенной толщины, студенения и сушки слоя осуществляются в соответствии с технологическими режимами, обычно используемыми при изготовлении светочувствительных слоев на основе БХЖ. Это касается и концентраций исходных компонентов (желатины и бихромата аммония).

На фиг. 1 представлена экспозиционная зависимость пропускания минимума спектральной полосы голографического зеркала (ГЗ) на слое БХЖ, изготовленном в соответствии с заявляемым способом, при записи аргоновым лазером на длине волны 0,515 мкм. Экспозиция E в мДж/см².

На фиг. 2 представлена спектральная зависимость дифракционной эффективности ГЗ на слое БХЖ, изготовленном в соответствии с заявляемым способом, при записи аргоновым лазером на длине волны 0,515 мкм с экспозицией Е = 15 мДж/см². Полуширина спектральной селективности = 12 нм.

Работа способа описана на примере конкретного выполнения.

Готовят 7% -ный раствор щелочной желатины при 40^оС. Как и в способе-прототипе, для обеспечения адгезии к подложке в раствор желатины добавлялось несколько капель поверхностно-активного вещества ОП-10, не оказывающего влияния на чувствительность слоя). Раствор поливают на подложку слоем толщиной 220 мкм (из расчета конечной толщины слоя 10-12 мкм с учетом усадки при сушке), студенят при температуре 7-10^оС в течение 1,5-2 ч и сушат в комнатных условиях в течение 15-24 ч. Полученный слой очувствляют купанием в 1% -ном водном растворе БХА в течение 3-5 мин при температуре 15-20^оС и вновь сушат в комнатных условиях в течение 15-24 ч.

Полученный светочувствительный материал экспонируют аргоновым лазером на длине волны 0,515 мкм и записывают голографическое зеркало. Затем фотоматериал проявляют по традиционной методике, предполагающей набухание слоя в воде или в другом проявителе и вымывание непрореагировавшего БХА, последующее обезвоживание в растворах изопропилового спирта и сушку слоя на воздухе или в сушильном шкафу.

Измеряют оптические характеристики ГЗ: пропускание минимума спектральной полосы ГЗ (Т_мин), полуширину спектральной селективности ( ), дифракционную эффективность, пропускание вне зоны дифракции.

Экспозиционная зависимость Т_мин полученных ГЗ приведена на фиг. 1. Из графика следует, что насыщение по Тмин достигается при экспозициях E = 12,5-15 мДж/см². Пропускание вне зоны дифракции - 98-99% полуширина спектральной селективности ГЗ - 10-15 нм. Измеренное значение ДЭ при Е = 15 мДж/см² составляет 90% .

Спектральное распределение ДЭ ГЗ приведено на фиг. 2.

Сравнение достигнутых значений чувствительности с данными по чувствительности слоев, изготовленных по способу-прототипу, показывает улучшение более чем в 3 раза. Оптические характеристики голограмм при этом не ухудшаются и соответствуют требованиям, предъявляемым к голографическим оптическим элементам.

Таким образом, заявлен способ изготовления голографического материала, который благодаря новому технологическому решению позволил существенно увеличить голографическую чувствительность материала.

Описанный способ позволяет расширить область использования БХЖ как регистрирующей среды в голографии, так как открывает перспективу изготовления крупногабаритных голограмм (как в изобразительной голографии, так и в голограммной оптике) без увеличения мощности излучения экспонирующих лазеров.

Предлагаемый способ обладает преимуществами по сравнению со способом-прототипом и с точки зрения технологичности процесса изготовления. В этом случае достаточно протяженный во времени процесс изготовления слоя желатины проходит в условиях освещения белым светом, что значительно проще для изготовителя, чем работа в красном свете. Изготовленные слои желатины могут сохраняться длительное время без сенсибилизации и очувствляться лишь перед использованием. При этом исчезает возможность старения слоев с течением времени и повышается воспроизводимость результатов. (56) Крылов В. Н. и др. Оптика и спектpоскопия, 1990, т. 69, в. 1, с. 188-191.

Кузилин Ю. Е. и др. Оптика и спектpоскопия, 1990, т. 69, вып. 1, с. 174-177.