Media-security

ПРИМЕНЕНИЕ ФОТОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИХ НОСИТЕЛЕЙ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ И ТИРАЖИРОВАНИИ РАДУЖНЫХ ГОЛОГРАММ.

И.В. Дементьев, А.Н. Малов, В.С. Фещенко

Приднестровский университет

278 000, г. Тирасполь, 25 Октября, 128

Процесс изготовления металической копии с рельефной голограммы является довольно трудоемким и дорогостоящим [1], что обуславливает значительную стоимость тисненых копий, особенно при небольших тиражах изделий. Именно это обстоятельство делает серийное производство радужных голограмм экономически рентабельным только при достаточно больших тиражах (например, более 10 тысяч оттисков ).

На практике, необходимость изготовления больших тиражей радужных голограмм (РГ) возникает не часто и что более важно, заказчик , как правило, требует демонстрации опытного образца изделия, изготовление которого по полному технологическому циклу оказывается просто убыточным. В настоящее время опытный образец РГ может быть изготовлен например, на галоидосеребрянной эмульсии на пленочной основе либо конечное радужное изображение может быть симитировано чисто оптическим способом без записи голограммы. В любом случае гальваническая технология обеспечивает высокую себестоимость при малотиражном (несколько сотен) выпуске тисненых РГ.

С другой стороны, неодноэтапный процесс получения штамп-матрицы приводит к ограничению максимальной пространственной частоты интерференционной структуры тисненной радужной голограммы. Поэтому представляется актуальной задача прямой оптической записи штамп-матрицы, даже если она и не позволит получать большие тиражи РГ.

В связи с этим естественно привлекают внимание т.н. фототермопластические носители (ФТПН), получившие широкое применение в качестве оперативной среды для записи в голографической интерферометрии [2,3]. Достаточно длительная практика использования ФТПН в голографической интерферометрии показала, что их основным достоинством оказалось не ожидавшаяся реверсивность записи, а "сухое", исключающее

применение химикатов, проявление, кратковременность самого цикла регистрации голограмм и возможность полной автоматизации всего процесса "запись-проявление".

Рис.1 Схематический вид голографической частотно-контрастной характеристики слоя ФТПН толщиной d. Точка А соответствует величине ( f_резd) » 2,5-3,0 (см. в тексте соотношение (1)), h - дифракционная эффективность голографической решетки, записанной на слое ФТПН.

В случае радужной голографии важным является то, что в ФТПН при записи формируется именно рельефное изображение [4,5], поскольку они относятся к деформационным нетрадиционным электрофотографическим системам. Электростатические силовые поля, возникающие на поверхности ФТПН, экспонированной интерференционным распределением записывающего излучения, деформируют размягченный слой полимера. Возникает рельефная структура (деформационное изображение), форма которой находится в сложной зависимости от записываемого распределения, энергии излучения, величины предэкспозиционного заряда и от режимов всего процесса [4,5]. При термопластической записи изображения последовательно или параллельно происходят следующие процессы: зарядка с помощью коронного разряда, затем экспонирование, далее кратковре-

менное нагревание, приводящее к деформации , и ,наконец, охлаждение - фиксация готового изображения. ФТПН, как правило, состоит из стеклянной либо пленочной подложки ; проводящего слоя (SnO₂ на стекле, тонкого слоя напыленного металла, проводящего полимерного слоя и др. ) ; фотопроводящего слоя, в большинстве случаев являющегося органическим фотопроводником; термопластического деформирующегося слоя, если фотопроводник термопластичен, то он и сам может образовать деформирующийся слой. Большое разнообразие исходных веществ, возможность реализации одно- и многослойных ФТПН и вариабельность режимов проявления обеспечивают широкий диапазон изменения спектральной чувствительности, высокую светочувствительность ФТПН и хорошую управляемость оптическими характеристиками получающегося изображения [5]. Особо следует отметить, конечно, высокую технологичность изготовления и хорошую воспроизводимость свойств ФТПН.

Основным техническим недостатком является невозможность записи голограмм на ФТПН большого формата (например, диаметром более 50 мм),что обусловлено сложностью однородной зарядки большой площади ФТПН. Другим ограничением, которое необходимо учитывать на практике, является так называемый "резонансный" характер частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) ФТПН (рис.1). Такое поведение ЧКХ обусловлено механо-упругими свойствами деформируемого слоя [5] и негранулярностью (беззернистостью) светочувствительного слоя. Это свойство обуславливает, в частности , и то обстоятельство , что интерференционный рельеф с меньшим периодом (большей пространственной частотой) всегда проявляется быстрее рельефа с большим пространственным периодом.

Практически все известные исследования в области ФТПН подтверждают желательность сокращения времени при импульсом проявлении рельефа с целью получения наибольшей глубины рельефа. Экспериментально достигнуты глубины рельефа до 1,3 мкм при частотах 1000-2000 л/мм [5]. Положение максимума ЧКХ , кроме механоупругих свойств веществ слоя ФТПН, определяется толщиной термодеформируемого слоя и описывается зависимостью

f_резd » 2,5 ¸ 3 (1)

где d - толщина слоя, f_рез - значение резонансной пространственной частоты. В настоящее время технологически сложно делать деформируемые термопластические слои тоньше 0,2 мкм и

поэтому максимально достижимое разрешение составляет около 4000 лин/мм, чего впрочем, достаточно для целей радужной голографии.

Резонансный характер ЧКХ ФТПН не позволяет реализовать запись цветных радужных голограмм, поскольку решетка соответствующая, например, красной длине волны будет иметь меньшую дифракционную эффективность, чем решетка, соответствующая синей длине волны. Для решения этой задачи предлагается использовать комбинированную методику записи цветных 2Д изображений (рис.2), в основе которой лежит способ фототермической записи с локальным подогревом на предварительно тисненом слое ФТПН [5].

Рис.2 Синтез многоцветной радужной голограммы в слое ФТПН, имеющего резонансную частотно-контрастную характеристику. Обозначения см. в тексте.

Термопластический слой 1 (рис.2 а), нанесенный на полимерную подложку 2, предварительно тиснится с помощью, например, рифленого барабана по всей поверхности, так что формируется рельеф с периодом d_r(соответствующим красной компоненте излучения при восстановлении радужной голограммы) и амплитудой модуляции d _r. В случае механического тиснения, когда рельеф формируется за счет остаточной термопластической деформации, соотношение типа (1) не имеет места и поэтому независимо от толщины слоя 1, может быть обеспечена любая заданная величина d _r, а тем самым и результирующая дифракционная эффективность красной спектральной компоненты восстановленного изображения. Затем, после нанесения заряда на ФТПН стандартным способом, слой 1 экспонирует-

ся через цветоделенный транспарант 4, соответствующий, например, синей компоненте изображения. Экспонирование проводится достаточно интенсивным интерференционным распределением (формируемым пучками 2 и 3) излучения с периодом, d_b соответствующим синей компоненте излучения при восстановлении радужной голограммы. При этом фоновая засветка интенсивностью I₀ (см. рис. 2а) должна быть достаточна для локального нагрева термопластического слоя, что приведет к стиранию тисненого рельефа периода d_r, а меняющаяся интерференционная засветка сформирует соответствующее распределение зарядов с периодом d_b, что и зафиксируется при охлаждении слоя (рис. 2б). Если толщина слоя d и период d_b, обратно пропорциональный величине f_рез, соответствуют соотношению (1), то будут записаны участки, соответствующие синей окраске в окончательном изображении, с максимальной величиной рельефа d _b (с максимальной дифракционной эффективностью для этой же синей компоненты). Конечно, такой способ синтеза многоцветных радужных голограмм предъявляет более жесткие требования к характеристикам и ФТПН и режимам его экспонирования и обработки, но их реализация вполне возможна на современной технологической базе. Более того, такой вариант записи может быть реализован при нанесении слоя ФТПН на предварительно рифленую с периодом d_r подложку 1 (рис. 2а) . Если в последнем случае для повышения яркости восстановленного изображения провести металлизацию свободной от ФТПН поверхности подложки ,то может произойти расширение угла наблюдения восстанавливаемого с голограммы изображения. С оптической точки зрения этот эффект является аналогом явления мультипликации с помощью дифракционной решетки. Конечно, предложенный способ синтеза многоцветных изображений на ФТПН требует предварительного численного инженерного расчета всех параметров системы - d, d_b, d_r, d _b и d _r, но подобная процедура всегда неизбежна и при синтезе многоцветных радужных голограмм на фоторезисте или галоидосеребряных эмульсиях.

Предложенный метод многоцветной записи может быть применен и для синтеза цветных изображений трехмерных объектов.

Полученная по изложенному способу радужная голограмма на ФТПН может использоваться как опытный образец для заказчика. Если использовать имеющиеся стандартные ФТП-ячейки с лентопротяжным устройством, то можно осуществлять и малотиражный выпуск радужных голограмм просто производя голографическую запись в покадровом режиме. Оценки показы-

вают, что при тираже до 2000 экземпляров, этот способ более рентабелен, чем стандартный процесс гальванического копирования. С другой стороны, полученная рельефная ФТПН-голограмма может использоваться и как исходная в стандартной технологии серийного производства РГ. Возможно , по-видимому, синтезировать такой ФТПН, что полученная голограмма, будет стойкой к используемым при гальванопластике электролитам (что невозможно для желатиновых голограмм), также перспективным представляется и поиск таких композиций для ФТПН, которые можно было упрочнять ("зашивать", дополимеризовывать) с помощью, например, УФ облучения, после записи голограмм.

Не следует также исключать возможность использования получаемых РГ на основе ФТПН в качестве штамп-матрицы, для чего должна быть обеспечена их более высокая температура размягчения, чем у носителя тиснения. Прямая оптическая запись такой штамп-матрицы несомненно обеспечит передачу более высоких пространственных частот на копиях радужных голограмм. Имея в виду существующие тиражные установки для тиснения РГ следует, конечно, стремится к замене пленочной подложки для ФТПН на металлическую фольгу, что позволит обеспечить стабильный тепловой режим тиснения в квазистационарном или импульсном варианте.

Таким образом, даже примерные рассуждения показывают, что возможности ФТПН для применений в области голографии далеки от своего исчерпания. Имеющиеся химико-технологические заделы в области ФТПН позволяют надеяться на создание новых технологий серийного производства радужных голограмм. Если же учесть, что есть принципиальные возможности по введению и дополнительных стадий химического усиления рельефа на ФТПН (по типу селективного травления), то становится ясной актуальность продолжения работ по созданию новых типов ФТПН. Актуальной остается и задача определения характеристик фотографической и голографической записи информации на ФТПН системах, а также и полных оптических характеристик (типа ЧКХ, яркость изображения и т.п.) всего процесса производства радужных голограмм на основе фототермопластических деформационных электрофотографических систем.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.Д. Гальперин, В.П. Смаев. Методы регистрации и тиражирования изобразительных и рельефно- фазовых голо-грамм. \\ Оптико- механическая промышленность, (1988), N 11, с. 49-57.

2. В.И.Аникин, О.Я.Коршак. Двухэкспозиционная интерферометрия и спекл-фотография на ФТПН.\\ В кн. Свойства светочувствительных материалов и их применение в голографии. - "Наука", Л., 1987, с. 100-105.

3. Несеребрянные процессы регистрации информации. / Под ред.А.Л. Картужанского.- "Химия" , Л., 1984, 360 с.

4. Х.Бехтер , И.Эпперляйн, А.В.Ельцов. Современные системы регистрации информации.\\ "Синтез", СПб, 1992; 328 с.

5. Ю.П. Гущо. Физика рельефографии.\\ "Наука", М., 1992, 520 с.