傅里叶光学chap4-3-2记录介质.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,Holographic Recording Materials,性能,要求,较高的分辨率,较强的衍射效率,较大的动态范围,较高的感光灵敏度,第五章 第,7,节 全息记录介质,2,全息记录材料的种类,卤化银乳胶 重铬酸明胶 光致抗蚀剂,光导热塑 光致变色材料 液晶,光致聚合物 光折变晶体,生物型实时记录材料（活体小杆细菌制成的称为,“小杆细菌视紫红质,BR”,）,全息记录材料的分类,振幅型,位相型,混合型,第五章 第,7,节 全息记录介质,3,第五章 第,7,节 全息记录介质,全息记录介质特性简介,七个要点,1,）敏感波段,2,）曝光特性,3,）曝光机理,4,）处理方法,5,）分辨率,6,）衍射方式,7,）衍射效率,4,第五章 第,7,节 全息记录介质,明胶,片基,卤化银晶粒,1,、,卤化银乳胶,silver halide emulsion,广泛用于拍摄照片,超细微粒卤化银,用于全息记录最早,应用最广泛,通常用于记录,振幅型,全息图,漂白处理后，转变为,位相型,全息图,有时常显现出,混合型,特性。,干板结构：,5,七个要点,：,1),敏感波段,2),曝光特性,3),曝光机理,4),处理方法,5),分辨率,6),衍射方式,7),衍射效率,记录和处理的物理过程：,曝光,：卤化银盐在光的作用下分解为银离子,Ag,+,和卤,元素离子，银离子俘获电子，还原成单个金属,银原子，形成潜像。银粒子的疏密取决于曝光,量的大小，形成了“显影中心”。,红敏、蓝敏,显影,：显影中心的卤化银大量地被还原成金属银，没,有显影中心的卤化银还原少得多，形成黑度不,等的影象。,显影液,D19,定影,：使未反应的卤化银晶粒溶于定影液中，保持已,成型的影像的稳定性。,定影液,F5,漂白,：利用漂白剂的氧化作用，使底板上黑色的金属,银变成近乎透明的卤化银盐。使全息图由振幅,型转化为位相型。,多种漂白液,第五章 第,7,节 全息记录介质,1,、卤化银乳胶,6,七个要点：,1.,敏感波段,2.,曝光特性,3.,曝光机理,4.,处理方法,5.,分辨率,6.,衍射方式,7.,衍射效率,分辨率,3000 pl/mm,衍射方式 振幅型,衍射效率 小于,10%,漂白后达,40%,特殊型号经特殊处理，可达,50%,以上,t,logE,D,logE,t,底片透过率,E,曝光量,D,黑度,乳胶的曝光特性,第五章 第,7,节 全息记录介质,1,、卤化银乳胶,end,7,3,、光致抗蚀剂,Photoresist,光刻胶,光致抗蚀剂能形成浮雕型相位全息图。,光刻胶分为正胶和负胶，,紫光、紫外光,d-E d,为胶的厚度,光刻胶在光子作用下发生光化学反应，曝光部分,比未曝光部分溶解速率快,200,倍。,置于稀碱溶液（,NaON,）中显影，曝光区溶解快，,变薄，使光刻胶表面形成凹凸不平的浮雕状条纹。,3000pl-5000pl/mm,位相型,（浮雕型）,大于,50%,七个要点：,1.,敏感波段,2.,曝光特性,3.,曝光机理,4.,处理方法,5.,分辨率,6.,衍射方式,7.,衍射效率,第五章 第,7,节 全息记录介质,基底,光刻胶,8,5,、光折变晶体,Photorefractive Crystals,在光辐射作用下通过,光生载流子,的,空间分布使,折射率,发生变化,是一种,可重复使用的实时记录材料,，,用于光计算中作为,空间光调制器、信息存储器或位相共轭器件。,七个要点：,1.,敏感波段,2.,曝光特性,3.,曝光机理,4.,处理方法,5.,分辨率,6.,衍射方式,7.,衍射效率,举例说明,种类,铌酸锶钡,SBN,铌酸锂,LiNbO,3,钛酸钡,BTO,硅酸铋,BSO,砷化镓,GaAs,第五章 第,7,节 全息记录介质,9,七个要点：,1.,敏感波段,2.,曝光特性,3.,曝光机理,4.,处理方法,5.,分辨率,6.,衍射方式,7.,衍射效率,第五章 第,7,节 全息记录介质,(a),光电离，,(b),扩散，,(c),复合，,(d),形成空间电荷并产生电场。,Fe,2+,杂质中心作为施主，电离后变成,Fe,3+,，而,Fe,3+,中心作为陷阱，复合后变成,Fe,2+,。,铌酸锂晶体光折变过程的能级图,5,、光折变晶体,Photorefractive Crystals,10,七个要点：,1.,敏感波段,2.,曝光特性,3.,曝光机理,4.,处理方法,5.,分辨率,6.,衍射方式,7.,衍射效率,第五章 第,7,节 全息记录介质,5,、光折变晶体,Photorefractive Crystals,空间电荷场和折射率光栅形成的示意图,11,6,、光致聚合物,Photopolymer,光致聚合物是一种感光性高分子材料。,光聚合是用光化学方法产生自由基或离子引发单体,发生聚合反应。,工作机理：,在曝光前，感光层中的单体和成膜树脂均匀分布,激光曝光使单体开始聚合，并迅速链增长，发生,体积收缩，,未曝光暗区的单体向曝光区扩散，从而使曝光区,与未曝光区的单体密度形成梯度分布（即曝光区,的单体浓度大，未曝光区的单体浓度低），形成,折射率调制，产生全息图像。,七个要点：,1.,敏感波段,2.,曝光特性,3.,曝光机理,4.,处理方法,5.,分辨率,6.,衍射方式,7.,衍射效率,第五章 第,7,节 全息记录介质,12,目前市场上光致聚合全息材料的产品还不多见，比较早的产品有美国杜邦（,Du Pout,）公司生产的,HRF,系列和,OmniDex,系列光聚合全息记录材料及美国波拉（,Polaroid,）公司开发的,DMP128,系列感光性高分子材料。国内外的研究者近年来也在不断研究和开发着新的产品，并正在取得进展。国内由首都师大研制的,RSP-,型,光聚合全息记录材料已问世数年，其全息产品也已多次公开展示。,现以,RSP-,型,全息干板为例，说明此类光聚合记录材料特殊的处理过程。,第五章 第,7,节 全息记录介质,13,可用于全息显示和全息光学元件的制作,被认为是比较有前途的一种全息记录材料。,RSP-,型全息干板的处理过程,第五章 第,7,节 全息记录介质,由于,RSP-,型全息干板的透明度较好，因而适合于制作,透射型全息图和白光反射型全息图。,红敏板的曝光波长取,633nm,时，曝光量为,15mJ/cm,2,。,环境的相对湿度要求达,40%50%,。,处理过程：,水中浸泡,30,秒,40%,异丙醇溶液浸泡,60,秒,60%60,秒,80%15,秒,100%,适时,图象出现，立即用热风吹干。,全息图衍射效率：可达,99%,分辨率：超过,5000,线对,/mm,14,第五章 第,7,节 全息记录介质,具体选用哪一种记录材料？,根据,应用目的,而定,15,基本概念,全息图,原始像,共轭像,菲涅耳全息图,傅里叶变换全息图,体积全息图，全息光栅，全息透镜，衍射效率,综合能力：,全息图的记录与再现,记录：,关键是正确写出物光,O,和参考光,R,的复振幅表达式；,二者干涉后形成全息图的复振幅透过率正比于,(O+R),(O*+R*),。展开后有,4,项,我们关注的是其中的,2,项：,R*O,和,RO*,；,再现,涉及全息透镜的问题，设再现的照明光为垂直入射的平面波，直接考察,R*O,和,RO*,；,如果涉及变波长使用的问题，即记录时的波数为,k,0,再现时的波数为,k,1,，要将再现像的位相函数由,exp,jk,0,(),的形式改写成,exp,j k,1,(),的形式。,本章要点,16,Thank you,17,2,、重铬酸盐明胶,DCG,Dichromated gelatin,重铬酸盐明胶,很重要的全息记录材料,蓝敏,488.0 nm,n,-E,n,为,折射率,E,大,n,大 胶体硬化，难溶于水,I,（,x,，,y,）,n,（,x,，,y,）,水洗 脱水 干燥,（异丙醇）,3000pl-5000pl/mm,位相型,（折射率型）,90%100%,DCG,的缺点：,灵敏度低,稳定度差（潮解）,七个要点：,1.,敏感波段,2.,曝光特性,3.,曝光机理,4.,处理方法,5.,分辨率,6.,衍射方式,7.,衍射效率,第五章 第,7,节 全息记录介质,18,第五章 第,7,节 全息记录介质,4,、光导热塑,Photothermoplastic,光导热塑属浮雕型位相记录介质,对可见光敏感,结构,七个要点：,1.,敏感波段,2.,曝光特性,3.,曝光机理,4.,处理方法,5.,分辨率,6.,衍射方式,7.,衍射效率,曝光机理：,a,）第一步，在暗室中敏化，高压电网充电（几千伏）,b,）第二步，曝光,c,）第三步，再充电,d,）第四步，显影、定影，形成浮雕型位相全息图。,分辨率：较低，小于,2000pl/mm,衍射效率：高达,90%,以上,优点：光导热塑可擦除后重复使用,热塑,光电导体 透明导体,玻璃基片,19,第一步 高压充电,第二步 曝 光,热塑,光电导体,光导热塑曝光机理和处理方法,第五章 第,7,节 全息记录介质,20,第三步 再充电,光导热塑曝光机理和处理方法,第五章 第,7,节 全息记录介质,21,第四步 显影、定影,先加热，后冷却,光导热塑曝光机理和处理方法,第五章 第,7,节 全息记录介质,22,擦除方法,无外场时加热，软化平坦后冷却,光导热塑曝光机理和处理方法,第五章 第,7,节 全息记录介质,23,第五章 第,7,节 全息记录介质,BSO,工作原理,1,记录,4000 V,外电场,蓝、绿光,曝光,晶体内部形成电荷潜像,晶体内部发生电荷迁移,迁移密度正比于曝光光强,BSO,透明电极,非重点,24,电荷潜像对光产生双折射作用,电荷密度不同，对入射线偏振光的作用效应不同,产生不同程度的椭偏，经检偏器后的光强不同,图像得到显示,P,A,第五章 第,7,节 全息记录介质,BSO,工作原理,2,读出,起偏器,检偏器,红光,BSO,非重点,25,第五章 第,7,节 全息记录介质,BSO,工作原理,3,擦除,在无外场作用下,用均匀白光照明,BSO,晶体内记录的图像消失,BSO,白光,非重点,