RU2008716C1 - Method for holographic material producing - Google Patents

Abstract

FIELD: holography technology. SUBSTANCE: method is based on unpretaned gelatin using for holographic material making and bichromat salts are not introduced in solution but on structurized bed prepared by gelatinizing and so made layer is allowed to dry. EFFECT: more simple processing. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии изготовления голографического материала и может быть использовано в химико-фотографической промышленности, при производстве изобразительных голограмм и голографических оптических элементов. The invention relates to a technology for the manufacture of holographic material and can be used in the chemical-photographic industry, in the production of fine holograms and holographic optical elements.

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. Each of the holographic photographic materials (silver halide, thermoplastic layers, bichromated gelatin, CGS) has its own advantages and disadvantages. Bichromated gelatin (BCG), along with the advantages that distinguish it from other recording media (ease of manufacture, high resolution, low light scattering), has a significant disadvantage, which consists in low holographic sensitivity, which is inferior to the scope of BCG as a recording medium in holography, especially in those cases when, in the manufacture of a hologram, the photosensitivity parameter becomes decisive. So, with an increase in the size of the hologram, the sensitivity of the medium should be sufficient to record the hologram taking into account the radiation power of modern lasers.

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. Known methods for producing BCG layers differ in the degree of tanning of the gelatin matrix in the manufacturing process of the layer. They divide the layers into bulge and undeath. Unbroken BCG layers suggest the production of a gelatin-based layer with a chromic acid salt without any chemical or thermal tanning prior to exposure. The sensing or sensitization of the layer in this case is carried out at the stage of manufacturing the photosensitive composition by introducing salts of dichromates into a gelatin solution.

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. It is known that in solution gelatin molecules are predominantly in the conformational state of the coil. As the temperature of the solution decreases, its gelation occurs, a coil-helix transition occurs, and a conformation of a collagen-like helix forms. If a gelatin solution freezes with dichromate salts introduced, then the tangle-helix conformational transition is inhibited.

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.A known method of manufacturing an unbroken layer of BCG, in which the formation of the BCG matrix is carried out by pouring on a substrate a solution of gelatin with the introduced salts of dichromates and subsequent operations of gelation and drying of the layer. At the stage of manufacturing the solution of the photosensitive composition, additives such as sugars are also introduced into it. The value of the holographic sensitivity is 50 mJ / cm ² at a wavelength of 0.515 μm, the diffraction efficiency (DE) of the obtained holograms is 90%. The method does not allow to achieve higher values of sensitivity, which is its disadvantage.

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% .The prototype was selected as a method for manufacturing HC BHZH nezadublennogo layer comprising the manufacture of 7% alkaline gelatine solution ^at 40 ° C, the introduction therein of ammonium dichromate (BCA) in an amount of 3% by weight of gelatin, watering photosensitive composition on a substrate at a thickness of 220 m (calculated ultimate layer thickness 10-12 micrometers considering the shrinkage at drying) studeneniya layer at a temperature of 7-10 ^{° C} for 1.5-2 hours, drying at ambient conditions for 15-24 hours. The sensitivity of the layer is equal to 50 mJ / cm ² at a wavelength of 0.515 μm, DE holographic mirrors a, recorded on the layer, more than 80%.

Указанный способ обладает отмеченным выше недостатком, свойственным БХЖ как регистрирующей среде в голографии, и заключается в недостаточно высоком значении голографической чувствительности слоя. The specified method has the drawback noted above, characteristic of BCG as a recording medium in holography, and consists in the insufficiently high value of the holographic sensitivity of the layer.

Целью изобретения является повышение голографической чувствительности материала на основе незадубленной БХЖ. The aim of the invention is to increase the holographic sensitivity of the material on the basis of undeveloped BCG.

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. The goal is achieved by the fact that in the method of manufacturing a holographic material, which includes preparing a gelatin solution, introducing the bichromate salts, applying the solution to the substrate, gelding and drying the layer, the gelatin solution is applied to the substrate, gelatinizing it, drying, then the obtained layer is sensed in the solution of dichromate salts and are dried.

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. The essence of the invention lies in the fact that at first a layer of gelatin is made with a certain conformation of molecules (conformation of a collagen-like helix), achieved by the gelation of a gelatin solution. The introduction of salts of dichromates is carried out not in a solution, but in a layer of gelatin. The presence of a spiral structure of gelatin molecules allows a more optimal interaction with chromium ions when dichromate salts are introduced than with a glomerular structure.

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. The number of potential crosslinkings of a gelatin molecule with chromium ions, which affects the holographic sensitivity of BCG, is determined both by the ratio of gelatin and chromium concentrations and by the conformational factor, by which we mean ensuring the optimal spatial arrangement of fragments of gelatin molecules for the formation of crosslinks with chromium. In the case when the dichromate salts are introduced into a gelatin solution, where the molecules are mainly in a coil state, the number of potential cross-links is limited due to the small conformational factor and the concentration of introduced chromium ions. An increase in the concentration of introduced chromium ions leads to a deterioration in the quality of the layer, since this will cause dark tanning of gelatin during the manufacturing process of the layer and, accordingly, a decrease in sensitivity. In addition, during drying of the layer, BHA crystallization may occur on the surface of the layer.

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. In the case when the salts of dichromates are introduced into the formed gelatin matrix, where the gelatin molecules are deployed in a spiral conformation, the conformational factor increases, and the number of potential cross-links with the introduction of dichromates increases. Moreover, since the gelatin matrix is structured by a network of the formed gel, the concentration of introduced chromium ions can be increased without deteriorating the quality of the layer to a greater extent than when introducing chromium ions into the solution. The action of both factors leads to the fact that the number of crosslinks with chromium during exposure increases, and this contributes to an increase in the holographic sensitivity of the layer.

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). The operations of preparing a gelatin solution, obtaining a layer of a certain thickness, gelation and drying of the layer are carried out in accordance with the technological regimes commonly used in the manufacture of photosensitive layers based on BCG. This also applies to the concentrations of the starting components (gelatin and ammonium dichromate).

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.In FIG. 1 shows the exposure dependence of the transmission of the minimum spectral band of a holographic mirror (GB) on a BCG layer manufactured in accordance with the claimed method when recording with an argon laser at a wavelength of 0.515 μm. Exposure E in mJ / cm ² .

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 Δλ = 12 нм.In FIG. 2 shows the spectral dependence of the diffraction efficiency of GBs on a BCG layer manufactured in accordance with the claimed method when recording with an argon laser at a wavelength of 0.515 μm with an exposure of E = 15 mJ / cm ² . The half-width of spectral selectivity is Δλ = 12 nm.

Работа способа описана на примере конкретного выполнения. The operation of the method is described by the example of a specific implementation.

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.Prepare a solution of 7% alkaline gelatine at 40 ° ^C. As in the prototype method, to ensure adhesion to the substrate in the gelatin solution were added a few drops of surfactant OP-10, no influence on the sensitivity of the layer). The solution is poured onto the substrate layer 220 .mu.m thickness (calculated ultimate layer thickness of 10-12 microns with the shrinkage upon drying), jelly at a temperature of 7-10 ^{° C} for 1.5-2 hours, and dried in ambient conditions for 15 24 hours. The resulting layer ochuvstvlyayut dip in 1% aqueous solution BCA for 3-5 min at 15-20 ^{° C} and dried again at ambient conditions for 15-24 hours.

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. The obtained photosensitive material is exposed to an argon laser at a wavelength of 0.515 μm and a holographic mirror is recorded. Then, the photographic material is developed according to the traditional method, which involves swelling the layer in water or in another developer and washing out the unreacted BHA, subsequent dehydration in isopropyl alcohol solutions, and drying the layer in air or in an oven.

Измеряют оптические характеристики ГЗ: пропускание минимума спектральной полосы ГЗ (Т_мин), полуширину спектральной селективности ( Δλ ), дифракционную эффективность, пропускание вне зоны дифракции.The optical characteristics of GBs are measured: transmission of a minimum of the GB spectral band (T _min ), half-width of spectral selectivity (Δλ), diffraction efficiency, transmission outside the diffraction zone.

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% .The exposure dependence T _{min of the} obtained GBs is shown in FIG. 1. From the graph it follows that saturation by Tmin is achieved with exposures E = 12.5-15 mJ / cm ² . The transmission outside the diffraction zone is 98-99% of the half-width of the spectral selectivity of GBs is 10-15 nm. The measured value of DE at E = 15 mJ / cm ² is 90%.

Спектральное распределение ДЭ ГЗ приведено на фиг. 2. The spectral distribution of DE GBs is shown in FIG. 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. A comparison of the achieved sensitivity values with the sensitivity data of the layers made by the prototype method shows an improvement of more than 3 times. The optical characteristics of the holograms do not deteriorate and comply with the requirements for holographic optical elements.

Таким образом, заявлен способ изготовления голографического материала, который благодаря новому технологическому решению позволил существенно увеличить голографическую чувствительность материала. Thus, a claimed method of manufacturing a holographic material, which, thanks to a new technological solution, has significantly increased the holographic sensitivity of the material.

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. The described method allows us to expand the scope of use of BCG as a recording medium in holography, since it opens the prospect of manufacturing large-sized holograms (both in fine holography and in hologram optics) without increasing the radiation power of the exposure lasers.

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. The proposed method has advantages compared with the prototype method and from the point of view of the manufacturability of the manufacturing process. In this case, a sufficiently lengthy process of manufacturing a gelatin layer takes place under white light conditions, which is much easier for the manufacturer than working in red light. The fabricated gelatin layers can be stored for a long time without sensitization and only felt before use. In this case, the possibility of aging of layers over time disappears and the reproducibility of the results increases. (56) Krylov V.N. et al. Optics and Spectroscopy, 1990, v. 69, c. 1, p. 188-191.

Кузилин Ю. Е. и др. Оптика и спектpоскопия, 1990, т. 69, вып. 1, с. 174-177.  Kuzilin Yu. E. et al. Optics and Spectroscopy, 1990, v. 69, no. 1, p. 174-177.

Claims (1)

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.  METHOD FOR PRODUCING HOLOGRAPHIC MATERIAL on the basis of an undecased layer of bichromated gelatin, including preparing a gelatin solution, introducing dichromate salts, applying a layer to a substrate, gelding and drying, characterized in that, in order to increase the photosensitivity of the holographic material, a stucco gelatin layer is prepared by gelatin coating on a substrate, drying, after which the resulting layer is felt in a solution of dichromate salts and dried.

Images