DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-03-38-47
УДК 535.412; 535-3
Александр Викторович Архипов1, Нина Мануиловна Ганжерли2*, Сергей Николаевич Гуляев3, Ирина Анатольевна Маурер4
1, 3Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия
2, 4Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
1arkhipov@rphf.spbstu.ru https://orcid.org/0000-0002-3321-7797
2nina.holo@mail.ioffe.ru https://orcid.org/0000-0002-2933-2135
3gulyaev@rphf.spbstu.ru https://orcid.org/0000-0003-0549-0961
4maureririna@yandex.ru https://orcid.org/0000-0001-9385-4221
Аннотация
Предмет исследования. Процессы регистрации высокоэффективных рельефно-фазовых голографических структур на содержащих желатин светочувствительных средах на высоких пространственных частотах. Цель работы. Создание усовершенствованных технологий обработки регистрирующих сред, основанных на деструктивном воздействии коротковолнового ультрафиолетового излучения на желатин. Метод. Включение в технологию обработки светочувствительных слоев существенно укороченной по времени процедуры травления облученного ультрафиолетом желатина для подавления влияния сил поверхностного натяжения, сглаживающих поверхностный рельеф структуры на высоких пространственных частотах. В качестве травителей использовались вода и растворы ледяной уксусной кислоты в изопропиловом спирте. Основные результаты. Созданные образцы рельефно-фазовых голографических решеток на бихромированном желатине (фотопластинки ПФГ-04 ОАО «Компания Славич») демонстрируют высокую дифракционную эффективность в области пространственных частот 1200–1600 мм–1 до 67% и 42% на галоидосеребряной фотоэмульсии (фотопластинки ПФГ-01 ОАО «Компания Славич») и обладают низкой угловой селективностью. Высокие значения дифракционной эффективности получены в широком диапазоне толщины слоев от 0,7 до 26 мкм использованных регистрирующих сред. Практическая значимость. Предложенные усовершенствованные методики обработки светочувствительных слоев, содержащих желатин, способствуют увеличению диапазона регистрируемых пространственных частот при формировании рельефно-фазовых голографических структур и тем самым расширяют сферу применения галоидосеребряных фотоэмульсий и бихромированного желатина в голографии.
Ключевые слова: голографические решетки, бихромированный желатин, галоидосеребряные фотоэмульсии, пластинки фотографические ПФГ-01 и ПФГ-04, коротковолновое ультрафиолетовое излучение, поверхностный рельеф, дифракционная эффективность
Ссылка для цитирования: Архипов А.В., Ганжерли Н.М., Гуляев С.Н., Маурер И.А. Рельефно-фазовые высокочастотные голографические решетки на содержащих желатин светочувствительных средах // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 3. С. 38–47. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-03-38-47
Коды OCIS: 090.0090, 160.5335, 120.6650, 260.7190, 350.5130, 180.5810
Relief-phase high-frequency holographic gratings on gelatin-containing photosensitive media
Alexander V. Arkhipov1, Nina М. Ganzherli2*, Sergey N. Gulyaev3, Irina A. Maurer4
1, 3Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg, Russia
2, 4Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, Russia
1arkhipov@rphf.spbstu.ru https://orcid.org/0000-0002-3321-7797
2nina.holo@mail.ioffe.ru https://orcid.org/0000-0002-2933-2135
3gulyaev@rphf.spbstu.ru https://orcid.org/0000-0003-0549-0961
4maureririna@yandex.ru https://orcid.org/0000-0001-9385-4221
Abstract
Subject of study. The registration processes of highly effective relief phase holographic structures on gelatin-containing photosensitive media at high spatial frequencies. Aim of study. The development of advanced technologies for processing recording media based on the destructive effect of short-wave ultraviolet radiation on gelatin. Method. The inclusion in the processing photosensitive layers technology of a significantly shortened time procedure for etching gelatin irradiated with ultraviolet radiation to suppress the influence of surface tension forces smoothing the surface relief of the structure at high spatial frequencies. Water and solutions of glacial acetic acid in isopropyl alcohol were used as etchants. The main results. The samples of relief phase holographic gratings created for the first time demonstrate high diffraction efficiency in the range of spatial frequencies 1200–1600 mm–1 up to 67% for dichromated gelatin (PFG-04 photographic plates of "Slavich Company") and 42% for silver halide emulsion (PFG-01 photographic plates of "Slavich Company") and have low angular selectivity. High diffraction efficiency values were obtained in a wide range of thicknesses from 0.7 to 26 µm of the recording media used. Practical significance. The proposed improved methods of processing gelatin-containing photosensitive layers contribute to an increase of the range of recorded spatial frequencies during the formation of relief phase holographic structures and thereby expand the scope of application of silver halide photoemulsions and dichromated gelatin in holography.
Keywords: holographic grating, dichromated gelatin, silver halide photoemulsion, photographic plates PFG-01 and PFG-04, short-wave ultraviolet radiation, surface relief, diffraction efficiency
For citation: Arkhipov A.V., Ganzherli N.М., Gulyaev S.N., Maurer I.A. Relief-phase high-frequency holographic gratings on gelatin-containing photosensitive media [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 3. P. 38–47. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-03-38-47
OCIS сodes: 090.0090, 160.5335, 120.6650, 260.7190, 350.5130, 180.5810
Список источников
1. Popov E. Introduction to diffraction gratings: Summary of applications. Theory and numeric applications. Marseille: Presses universitaires de Provence (PUP), 2012. P. 1.1–1.23. http://www.fresnel.fr/numerical-grating-book
2. Павлычева Н.К. Дифракционные решетки для спектральных приборов. Обзор // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 3. С. 28–41. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-03-28-41
3. Bonod N., Neauport J. Diffraction gratings: From principles to applications in high-intensity lasers // Adv. Opt. Photon. 2016. V. 8. № 1. P. 156–199. https://doi.org/10.1364/aop.8.000156
4. Calixto S., Ganzherli N., Gulyaev S., and Figueroa-Gerstenmaier S. Gelatin as a photosensitive material // Molecules. 2018. V. 8. № 23. P. 2064–2086. https://doi.org/10.3390/molecules23082064
5. Kim J.M., Choi B.S., Choi Y.S., Kim J.M., Bjelkhagen H.I., Phillips N.J. Holographic optical elements recorded in silver halide sensitized gelatin emulsions. Part 2. Reflection holographic optical elements // Appl. Opt. 2002. V. 41. № 8. P. 1522–1533. https://doi.org/10.1364/ao.41.001522
6. Ганжерли Н.М., Гуляев С.Н., Маурер И.А., Архипов А.В. Механизм создания рельефных высокочастотных голографических структур на бихромированном желатине, облученном коротковолновым УФ-излучением // Автометрия. 2020. Т. 56. № 2. С. 92–99. https://doi.org/ 10.15372/aut20200210
7. Shankoff T.A. Phase holograms in dichromated gelatin // Appl. Opt. 1968. V. 7. № 10. P. 2101–2105. https://doi.org/ 10.1364/ao.7.002101
8. Lin L.H. Hologram formation in hardened dichromated gelatin film // Appl. Opt. 1969. V. 8. № 5. P. 963–969. https://doi.org/10.1364/ao.8.000963
9. Calixto S., Piazza V., Garnica G. Surface profile studies of photoinduced gratings made with DCG films with optional papain development // Gels. 2022. V. 8. № 2. Р. 102. https://doi.org/10.3390/gels8020102
10. Моро У. Микролитография: принципы, методы, материалы. Часть 1, 2. М.: Мир, 1990. 1249 с.
11. Досколович Л.Л. Расчет дифракционных решеток в рамках строгой электромагнитной теории. Самара: изд. СГАУ, 2007. С. 80.
12. Барачевский В.А. Современное состояние разработки светочувствительных сред для голографии (обзор) // Опт. и спектр. 2018. Т. 124. № 3. С. 371–399. https://doi.org/10.21883/os.2018.03.45659.238-17
13. Ulibarrena M., Méndez M.J., Carretero L. Madrigal R., and Fimia A. Comparison of direct, rehalogenating, and solvent bleaching processes with BB-640 plate // Appl. Opt. 2002. V. 41. № 20. P. 4120–4123. https://doi.org/10.1364/AO.41.004120
14. Neipp C., Pascual I., Beléndez A. Effects of overmodulation in fixation-free rehalogenating bleached holograms // Appl. Opt. 2001. V. 40. № 20. P. 3402–3408. https://doi.org/10.1364/ao.40.003402
15. Ганжерли Н.М., Гуляев С.Н., Маурер И.А. Регистрация высокочастотных рельефно-фазовых структур на галоидосеребряном фотоматериале ПФГ-01 // Опт. и спектр. 2022. Т. 130. № 9. С. 1385–1388. https://doi.org/10.21883/OS.2022.09.53299.3786–22
References
1. Popov E. Introduction to diffraction gratings: Summary of applications. Theory and numeric applications. Marseille: Presses universitaires de Provence (PUP), 2012. P. 1.1–1.23. http://www.fresnel.fr/numerical-grating-book
2. Pavlycheva N.K. Diffraction gratings for spectral devices [Review] // J. Opt. Technol. 2022. V. 89. № 3. P. 142–150. https://doi.org/10.1364/JOT.89.000142
3. Bonod N., Neauport J. Diffraction gratings: From principles to applications in high-intensity lasers // Adv. Opt. Photon. 2016. V. 8. № 1. P. 156–199. https://doi.org/10.1364/aop.8.000156
4. Calixto S., Ganzherli N., Gulyaev S., and Figueroa-Gerstenmaier S. Gelatin as a photosensitive material // Molecules. 2018. V. 8. № 23. P. 2064–2086. https://doi.org/10.3390/molecules23082064
5. Kim J.M., Choi B.S., Choi Y.S. Kim J.M., Bjelkhagen H.I., Phillips N.J. Holographic optical elements recorded in silver halide sensitized gelatin emulsions. Part 2. Reflection holographic optical elements // Appl. Opt. 2002. V. 41. № 8. P. 1522–1533. https://doi.org/10.1364/ao.41.001522
6. Ganzherli N.M., Gulyaev S.N., Maurer I.A., Arkhipov A.V. Mechanisms of generation of relief high-frequency holographic structures on dichromated gelatin exposed to shortwave UV radiation // Optoelectronics, Instrumentation and Data Proc. 2020. V. 56. № 2. P. 77–83. https://doi.org/10.3103/S87566999020020065
7. Shankoff T.A. Phase holograms in dichromated gelatin// Appl. Opt. 1968. V. 7. № 10. P. 2101–2105. https://doi.org/ 10.1364/ao.7.002101
8. Lin L.H. Hologram formation in hardened dichromated gelatin film //Appl. Opt. 1969. V. 8. № 5. P. 963–969. https://doi.org/10.1364/ao.8.000963
9. Calixto S., Piazza V., Garnica G. Surface profile studies of photoinduced gratings made with DCG films with optional papain development // Gels. 2022. V. 8. № 2. 102. https://doi.org/10.3390/gels8020102
10. Moreau W.M. Semiconductor lithography: Principles, practices, and materials, plenum. NY: Plenum Press, 1988. 930 p. https://doi.org/ 10.1007/978-1-4613-0885-0
11. Doskolovich L.L. Calculation of diffraction gratings within the framework of rigorous electromagnetic theory [in Russian]. Samara: SSAU Publisher, 2007. P. 80.
12. Barachevsky V.A. The current status of the development of light-sensitive media for holography (a review) // Optics and Spectroscopy. 2018. V. 124. № 3. P. 373–407. https://doi.org/10.1134/S0030400X18030062
13. Ulibarrena M., Méndez M. J., Carretero L. Madrigal R., and Fimia A. Comparison of direct, rehalogenating, and solvent bleaching processes with BB-640 plate // Appl. Opt. 2002. V. 41. № 20. P. 4120–4123. https://doi.org/10.1364/AO.41.004120
14. Neipp C., Pascual I., Beléndez A. Effects of overmodulation in fixation-free rehalogenating bleached holograms // Appl. Opt. 2001. V. 40. № 20. P. 3402–3408. https://doi.org/10.1364/ao.40.003402
15. Ganzherli N.M., Gulyaev S.N., Maurer I.A. Registration of high-frequency relief-phase structures on silver halide photographic material PFG-01 [in Russian] // Optics and Spectroscopy. 2022. V. 130. № 9. Р. 1385–1388. https://doi.org/10.21883/OS.2022.09.53299.3786–22
