DE2132328C

DE2132328C - Oberflachen Rehefhologramm fur Reflexionsholografie mit einem hohem Wirkungsgrad bei der Rekonstruktion

Info

Publication number: DE2132328C
Application number: DE19712132328
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Dr Reichelt Achim Dipl Phys 8000 München Kiemle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1971-06-29
Publication date: 1973-07-26

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Oberflächcn-Reliefhologramni für Reflexionsholografie mit hohem Wirkungsgrad bei der Rekonstruktion, bestehend aus einem Träger, einem Aufnahmemedium und einer auf dem Aufnahmemedium aufgebrachten, rctlektierenden Schicht und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

W ird cn· fur die holografische Aufnahme geeignetes Medium derart verarbeitet, daß die Dicke des Mediums einsprechend der Belichtung variiert, die Oberfläche also reliefartig gewellt ist, so spricht man ■.'.n einem Oberflächen-Reliefhologramm. Derartige Oberflächen-Reliefhologramme lassen sich sowohl in fotografischen Emulsionen, als auch in Fotolacken. Thermoplasten und ätzbaren Materialien mit aufcebrachter Fotolackschicht herstellen.

Bei der Rekonstruktion wirkt ein Oberflachen-ReliefholoTamm dadurch, daß seine örtlich variierende Schichtdicke die Phase der einstrahlten Wiedcr-ubewelle dreht. 1st das Aufnahmemedium transparent, so erfotet die Rekonstruktion in Transmission. Wird dagegen auf die Reliefobcrfläche eine reflektierende Metallschicht aufgebracht, so erhält man ein Refiexionshologramm. das durch Einstrahlung der Wiedergabewelle auf die Außenseite der MeuU-schicht rekonstruiert v.ird.

Zu den wichtigsten Forderungen, die an ein Hologramm iiestellt werden, zählen höchstmögliche Helligkeit und -\ufUSung. Lm eine möglichst hohe He]Ugleit zu erzielen. ist'ein möglichst großer Wirkungsgrad ■ löiiii. der LiN d.is Verhältnis der Intensitäten der rekonstruierten Welle zur eingestrahlten Wiederg.-h.--welle definiert ist.

Per Wirkungsgrad seinerseits wird durch die A;:- steueruna der Gradationskennlinie des Aufnah"-.. materials mit de:; imerisUatsvariationen des Inu·- feren/feldes. durch die Natur des Materials, und .■ _· Art des lioiogramms bestimmt.

Bei Verwendung von Fotolack oder thermoph--; schem Materia!.. - Aufnahmemedium kann oftmals |·:·_;-ein geringer Wirkungsgrad bei der Rekonstruktion erzielt werden, insbesondere, wenn im Interesse lineare Aufzeichnung nur mit „ehr kleinen Relieftiefen .;.-arbeite! werden kann oder wenn nur geringe Lk:,'-ener'jien bei der Belichtung zur Verfügung stehe;-.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Obertlächcn-Reüefhologramm. insbesondere ein RetlevionsholograniiTi anzugeben, dabei eermeer Relieftiefe bei der Rekonstruktion einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist.

/ur 1 lisung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die reflektierende Schicht eine weitere Schicht autransparentem Material mit einem für die Wiedergabi wellenlange hohen Brechungsindex trägt, deren der Reliefseite abgewandie Oberfläche eben ist.

Bei einer ersten vor/ugsweisen Ausgestaltung lsi das transparente Material mit hohem Brechungsinde·. ein Festkörper aus einem organischen polymerisierbaren Stoff, wie härtendes Harz, Thermoplast ode; aus Glas.

Bei einer anderen vorzugsweisen Ausgestaltung nach der Erfindung ist das transparente Material mit hohem Brechungsindex eine Immersionsflüssigkeii. wie hochbrechendes Öl.

Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Oberflächen- Relief hologramms besteht darin, daß nach der Belichtung der lichtempfindlichen Schicht diese entwickelt und fixiert wird, mit einer reflektierenden Schicht versehen wird und anschließend mit einem transparenten, hochbrechenden Material beschichtet wird.

Vorzugsweise wird bereits während der Belichtung der lichtempfindlichen Schicht zwischen Aufnahmeobjekt und lichtempfindlicher Schicht ein Material mit gleicher Schichtdicke und gleichem Brechungsindex wie bei der Rekonstruktion gebracht, das vor dem Entwickeln wieder entfernt wird.

Im Falle der Interferenz, zweier nicht diffuser Lichtwcllen ist bei einem in Transmission betriebenen Oberflächen-Reliefhologramm nach dem Stand der Technik die Phasenverschiebung Φ, der durchgelasse-

nen Lichtwelle eine Funktion der Amplitude der Reliefschwankung J, der Lichtwellenlänge/, und des Brechungsindex η des HologrammateriaU und durch die folgende Gleichung gegeben :

Bei einem in Reflexion beiriebenen Oherf.ächen-Reliefhologramm ist die Phasenverschiebung Φ ^ der retlektierten Lichtwelle gegeben durch:

0.

4π J

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Bei einem Reflexionsholocramm nut aufgebrachter.

Iranspareiiter. hochbrechender
Erfindung beträgt die Phasen
reflektierten Liehtwelle

Schicht nach ^erschiebuncr '/·.

der der lichteten Stellen ablösen lassen. Auf diese Weise erhält man ein Oberflächen-Relief-Phasenhologramm. Verwendet man dagegen thermoplastischen Kunststoff als Aufnahmemedium, so wird dieser am besten auf eine Schicht transparenten, fotoleitender. Materials auf elektrisch leitender, klarer Spezialglasunterlage aufgebracht, /ur Sensibilisierung wird der äußeren Oberfläche des Kunststoffes eine gleichmäßig verteilte positive Ladung erteilt, die eine negative Ladung auf ο der Grenzfläche Glas-Foioleiter influenziert Bei der Belichtung wird der Fotoleiter dort leitend, wo Licht auftritt, bei unbelichteten Stellen bleibt er dagegen isolierend. An den leitenden Stellen wandern die negativen Ladungen durch den Fotoleiter hindurc' an die Grenzfläche zur Kunststoffschicht. Nach uv.: Belichtung wird die Anordnung durch Viehlad'.ing liLhtunempfni'"'ch gemacht.

/ar Fntwicklupg ν ml der Kunststoff bis /um Schmelzpunkt erhitzt. Steller mit positiver, Ladungen werden dabei von den gegenüberliegenden negative " Ladungen angezogen, wobei sicn ein der Ladungs-

V₃ ■ . verteilung und damit der Belichtung ent-preclier-dj-

'■ Oberflächen-Relief ausbildet, das durch \bkiihlung

fixiert wird. Auf diese Weise entsteht ebenfalls. c\\\

der Brechungsindex der aufgebrachten 25 Oberflächen-Reliefhol.sgramm. wobei durch Aufdampfen einer dünnen reflektierenden Metallschicht e::i Reflexionshologramm hergestellt werde:; kann.

Im folgenden soll die Frt.ndung an Hand der beiden Figuren näher erläutert werden.

F^: 1 g. I zeigt ein Oberflächen Relief hologramm nut einem festen hoehbrechenden Material und

F 1 g. 2 ein Oberflächen-Reliefhologramm nut ein.·! ι flussigen hochhrechenden Material.

Bei der in F i g. 1 dargestellton Anordnung ist w:: 1 die Wiedergabewelle bezeichnet und mit ?. direkonstruierie Ohiektwclle. 3 ist der Holo^rammlräL'er 4 die Reliefschicht. 5 die reflektierende Auflage, beispielsweise eine dünne aufgedampfte Metallschicht Mit 6 ist die transparente hochbrechende Schiel·, bezeichnet, die im Falle der F- i g. 1 aus einem Festkörper bestellt. Besonders günstig sind organische poivmerisierbare Stoffe, wie beispielsweise härtendes Harz oder Thermoplast. Des weiteren sind auch hochhrechende Gläser geeignet. Mir 8 ist eine Anti-

VMO

ist.

Nie fur verzerrungsfreie ist der W !rkunesurad

wobei mit /I₁
Schicht bezeichnet ist.

Bei kleiner Reliefhöhe.
Aufnahmen erforderlich
proportional zu Φ·.

Wird ein transparentes Material gcwahii. dessen 3-.-· Brechungsindex /ι, 2 ist. so ergibt sich mit der uriindungsgemäßen Anordnung entweder eine Steigerung des Wirkungsgrades .um den Faktor 4 im Vergleich zum Reflexionshologramm ohne transparente Schicht, oder bei gleichem Wirkungsgrad eine um den I aktor 2 kleinere Reliefhöhe, was einen ciliebiichen Gewinn an Empfindlichkeit des Hologramms darstellt. Gegenüber einem Transmissionshologramm erhält man sogar eine Steigerung des Wirkungsgrades um den Faktor 25 (für η 1.S).

Dabei ergibt sich mit der erfindungsgemä!:en Anordnung der große Vorteil, daß dir Linearität der Aufzcichnuna auch bei dem erhöhten W'irkunusgrad gewahrt bleibt. Da nämlich der W irkungsgrad

eine Funktion der Phasenverschiebung 0, und damit 45 retlexsiJiicht bezeichnet auch der Amplitude der Reliefschwankung d ist. ist Dk Anordnung nach der

die Linearität der Wiedergabe nur dann gewährleistet, wenn man beim Aufzeichnen des Holograms im linearen Teil der Kennlinie des Aufnahmemateriais bleibt. Durch die aufgebrachte, transparente, hochbrechende Schicht erreicht man nun eine lineare Verstärkung der Phasenverschiebung 0 um einen - 1 g. 2 entspricht im

wesentlichen der der F ig. 1. mit dem Interschied. dal.* das transparente hochbrechende Material 6 hier aus einer Flüssigkeit besteht. Am geeignetsten ist Imniersiiinsflüssigkeit wie hochbrechendes OL Mit 7 ist eine transparente Abschlußplatte bezeichne!. die auf beiden Seiten Antireflexschichicn 8 trägt.

eine

Faktor, der gleich dem Brechungsindex H₁ dieser Schicht ist. und damit eine Verstärkung des Wirkungsgrades.

Fire lineare Verstärkung der Phasenverschiebung 0 durch lineare Vergrößerung der Amplitude der Reliefschwan kung </ dagegen ist wegen der Nichtlmearität der Kennlinie des Aufnahmematerials oft nicht möglich.

Als besonders geeignete Aufnahmemedien für Oherllächen-Reliefhologramnie haben sich Fotolacke und Thermoplaste erwiesen.

überzieht man eine Glasplatte mit einer Schicht

im die zu

Die Antirellexschichten 8 bestehen vorzugsweise dielektrischen Schichten und haben den /weck. !strahlengang liegende Gron/Iläehen his auf eigentlich reflektierende Auflage 5 reflexionsfrei machen.

Zur Vermeidung von Abbildungsfehlern ist es

zweckmäßig, bei der Aufnahme des Hologramms dasselbe transparente Materi.il. oder ein anderes desselben Brechungsindex, in jlucher Schichtdicke der lichtempfindlichen Schicht vorzulagern. wie es für die Wiedergabe vorgesehen ist.

Besonders geeignet ist das erlindtingsgemäße llolo-

von beispielsweise, Negativ-F'otolack. so vernetzen 65 cramni zur Aufnahme von komplexen Objekten, wie die organischen Moleküle des Lacks unter dem FinfluB beispielsweise Masken für die hologralische At/-der Belichtung und werden dadurch für bestimmte maskenprojektion, >der Punktrastermasken für holol.ösungsmiltel unlöslich, während sich die unbe grafische Datenspeicher.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Oberflächen-Reliefhologramm für Reflexionsholografie mit hohem Wirkungsgrad bei der Rekonstruktion, bestehend aus einem Träger. einen. Aufnahmemedium und einer auf dem Aufnahmemedium aufgebrachten reflektierenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Schicht (5) eine weitere Schicht(6) aus transparentem Material mit einem für die Wiedergabewellenlänge hohen Brechungsindex trägt, deren der Reliefseite (4) abgesandte Oberflache eben ist.

2. Oberflächen- Reliefholoaramm nach Anspruch

dadurch gekennzeichnet, daü die

^svhicht 16) Li ■ organisch pol > me risi erbarer Stoff ist.

3 Oberflächen - Reliefhologramm nach A·.-sprucl: 2. dadurch gekennzeichnet, daß der organisch polv merisierbare Stoff ein hänerdes Harz ist.

4. Oberflächen - Relief, ologramm nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der organisch polynerisierhare Stoff ein Thermoplast ist.

5. Oberflachen-Reliefhologramm nach Anspruch !. dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (6) Glas ist.

6. Oberflächen-Reliefhologramm nach einem der vorhergehenden .'.iisprüi'u. dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (6) gleichzeitig HoIogranimträger ist.

~. Oberflächen - Reliefhologramm nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (6) eine lmmersionsfliissigkeit ist.

S. Oberflächen - Peliefhologramm nach Anspiuch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Immersionsflüssigkeit ein hochhrechendes Öl ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines OberflächiMi-Reliefhologramms nach einem der Ansprüche 1 bis s. dadurch gekennzeichnet, daß eine auf einem Träger aufgebrachte lichtempfindliche Schicht belichtet, entwickelt und fixiert wird, mit einer reflektierenden Schicht verseilen wird und anschließend mit einem transparenten, hochbrechenden Material beschichtet wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines Oberflächen-Reliefhologranims nacl; Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß während der Belichtung der lichtempfindlichen Schicht zwischen Aufnahmeobjekt und lichtempfindlicher Schicht ein Materral mit gleicher Schichtdicke und gleichem Brechungsindex wie bei der Rekonstruktion gebracht wird, das vor dem Entwickeln wieder entfernt wird.