В настоящее время за рубежом ведутся интенсивные фундаментальные и прикладные исследования, направленные на совершенствование существующих и разработку новых регистрирующих сред. В результате этих исследований созданы и подготовлены к серийному и мелкосерийному производству такие среды, как фоторезисты типа shipley Аz – 1350 /1/ и lhst(horizons research) /2б/, свободно-радикальная пленка типа styryl 9 system (horizons research) /2/, диазо-

пленка типа techifax (scott graphics) Д-402 /2,3/, фотополимеризующиеся слои /4/, фотохромные органические пленки /5/ и ряд других несеребряных и необычных светочувствительных материалов.

Принципы записи информации, а также основные свойства несеребряных и необычных регистрирующих сред неоднократно обсуждались в зарубежной /6-16/ и отечественной /17-23/ литературе и, следовательно, хорошо известны.

Целью настоящего обзора является рассмотрение в общих чертах современного состояния разработки указанных материалов и перспектив их усовершенствования. В обзоре не рассматриваются материалы, используемые в качестве управляемых транспарантов для ввода - вывода информации в оптических системах, свойства которых описаны в обзорах /24-29/.

В соответствии с принятой нами /19/ терминологией рассмотрим свойства обратимых и необратимых регистрирующих сред, применяемых в голографии.

Основные характеристики наиболее известных обратимых светочувствительных материалов представлены в таблице 1. Эти среды предназначены для использования в тех областях науки и техники, где галоидосеребряные материалы малопригодны или вообще неприменимы.

В графе 1 приведены наилучшие характеристики разнообразных органических фотохромных материалов (ФХМ) пленочного типа, разработанных на основе спиропиранов /27/, полициклических углеводородов /30/, α_e - салицилиденанилина /31/. Эти материалы обладают селективной спектральной областью светочувствительности, зависящей от свойств использованных фотохромных соединений. На рис.1 приведены спектры поглощения исходной и фотойндуцированной форм некоторых из упомянутых материалов. Различные типы органических фотохромных материалов чувствительны к излучению в области 0,3-10,6 мкм. Величина светочувствительности к УФ излучению достигает /22, 27 а,в/, в лучшем случае, нескольких сотых долей дж/см², а в видимой и ИК областях спектра она равна 1-10 дж/см² /22,27 б,г/.

Разрешающая способность превышает 5000 мм^-1 /23/. Дифракционная эффективность (η) при амплитудно-фазовой записи может превосходить 10% /22/ и достигает для некоторых ФХМ 76% /32/. Цикличность перезаписи информации в случае кристаллических пленок α₂ - салицилиденанилина равна ~ 5´ 10⁴ /31/. Наиболее чувствительные к УФ излучению ФХМ на основе спиропиранов характеризуются числом циклов n = 30÷50 /22,27/.

В последнее время достигнуты определенные успехи в разработке методов постоянной и обратимой фиксации информации на ФХУ со спиропиранами /33/. Подобные методы, как установлено нами, позволяют получать амплитудные голограммы с разрешением ω = 5000 мм^-1, рельефно-фазовые голограммы с разрешением более 3000 мм^-1. Для иллюстрации на рис.2 представлена фотография изображения транспаранта, восстановленного с голограммы, зафиксированной путем ее обработки специальным раствором в течение нескольких минут, несущая пространственная частота при записи голограммы составляла около 2000 мм^-1.

Экспериментально нами установлено, что функция передачи модуляции ФХМ на основе спиропиранов не зависит от длины волны записывающего излучения в диапазоне 340-630 нм и не имеет спада до частот ω = 3000 мм^-1 (рис.3).

В графе 2 табл.1 представлены параметры ряда неорганических ФХМ, использовавшихся для записи голограмм (силикатные фотохромные стекла на основе галогенидов серебра /34/, щелочногалоидные кристаллы /36/, щелочноземельногалоидные, в том числе допированные, кристаллы /36/. В случае щелочногалоидных кристаллов kcl получена /37/ эффективность η~5,13% на λ=496,5 нм, что свидетельствует о возможности амплитудно-фазовой записи голограмм в таких материалах. Скорость записи информации на ФХМ практически не ограничивается скоростью фотохимических и фотофизических просессов и определяется интенсивностью и энергией активирующрго лазерного излучения /28/.

До недавнего времени электрооптические кристаллы имели два существенных недостатка: малую светочувствительность и недостаточную термическую стабильность записанного изображения /40/. Введение добавок железа в кристаллы ниобата лития, а также использование внешнего электрического поля повысили в сотни раз светочувствительность /41/, которая сравнялась с величиной, характерной для ФХМ. Для получения дифракционной эффективности голограмм в несколько процентов требуется экспозиция около 0,2 дж/см². При записи голограмм аргоновым лазером (λ=488 нм) с η = 10% необходима плотность энергии излучения 1,25 дж/см², а в случае гелий-неонового лазера (λ = 633 нм) - 50 дж/см². Недавно /43/ за счет увеличения концентрации двухвалентных ионов железа в неотожженных кристаллах ниобата лития удалось дополнительно повысить светочувствительность этих кристаллов. Величина светочувствительности, определяемая плотностью энергии излучения, необходимой для получения η = 1%, для разработанных образцов составляла: к излучению аргонового лазера - до 2 мдж/см², к излучению гелий-неонового лазера - до 0,1 дж/см², к излучению рубинового лазера - до 1 дж/см². Однако повышение светочувствительности кристаллов приводило к снижению максимальной величины дифракционной эффективности голограмм.

Для электрооптических кристаллов эта величина зависит от интенсивности лазерного излучения /44/ Как следствие этого, при импульсном облучении светочувствительность дотированных кристаллов ниобата лития /45/ и стронций-барий ниобата /46/ может достигать 2 мдж/см². Высокую светочувствительность (до 3 дж/см²) имеют кристаллы стронций-барий ниобата, помещенные в электрическое поле с напряженностью около 3 кв/см. Однако в этом случае дифракционная эффективность голограмм не превышала 2%, а разрешающая способность - 100 мм^-1 /47/.

Среди электрооптических кристаллов наибольшей светочувствительностью к излучению с λ = 420 нм, достигающей s =1·10^-5 дж/см², обладает устройство "'Рrоm" (считывающий оптический модулятор на ячейке Поккельса), основой которого является кристалл висмута силиката (bi₁₂sio₂₀) /48/. При приложении к нему электрического поля до 2 кв и воздействии УФ и видимого

записывающего лазерного излучения достигается η_макс = 6%, до 7,5 кв - η_макс = 34%. Разрешающая способность составляет 300 мм_-1. Время хранения записанной информации равняется 100 часам. Устройство обладает практически неограниченной цикличностью перезаписи информации.

Электрооптические кристаллы, обладающие высокой светочувствительностью и не требующие приложения внешнего электрического поля, являются перспективными регистрирующими средами для голографии. Однако они могут найти широкое применение только в том случае, если удастся организовать производство этих кристаллов с хорошо воспроизводимыми характеристиками. Пока кристаллы с наилучшими параметрами являются уникальными. По той же причине среди устройств на основе ферроэлектрик-фотопроводник, работающих при наложении электрического поля, потенциальный интерес представляет лишь допированная лантаном керамика цирконата свинца и титаната свинца (plzt), хотя она в настоящее время и обладает невысокой светочувствительностью, ограниченной цикличностью и низкой дифракционной эффективностью /51/.

Фототермопластики, параметры которых указаны в графе 4 табл.1, считаются одними из самых перспективных материалов для записи голограмм олагодаря их высокой светочувствительности к видимому излучению и большой дифракционной эффективности, достигающей 35% /52/. С помощью сенсибилизаторов их можно сделать чувствительными даже к ПК излучению /53/, причем плотность энергии излучений с λ = 1,15 мкм составляет 0,4-0,8 дж/см² для получения η = 1-5% νа пространственной частоте 520 мм^-1 и η = 15÷0,9% на частоте 1000 мм^-1. На рис.4 представлена зависимость дифракционной эф-

Высокая светочувствительность характерна для устройств на основе эластомеров /10,12,55/, голограммы в которых записываются в результате деформации эластомера и металлического слоя под действием света, изменяющего проводимость фотополупроводника. Светочувствительность таких устройств не менее 1·10^-4 дж/см². Дифракционная эффективность записанных голограмм достигает 15%, разрешающая способность - около 1000 мм^-1, число циклов перезаписи информации превосходит 1·10^-4.

навливающее излучение не воздействует на фотополупроводниковый слой и записанная информация остается неизменной. При снятии электрического поля (v ~ 600 в) устройство переходит в исходное состояние.

Жидко-кристаллические системы /56/ (графа 5 табл.1) с использованием фотополупроводниковых слоев ( zns, cds и др.), несмотря на высокую светочувствительность, достигающую 1·10^-6 дж/см², обладают низкой разрешающей способностью (ω ~ 40 мм^-1) и значительным светорассеянием. Спектральная область светочувствительности определяется характеристиками фотополупроводниковых слоев. Для записи информации лазерным излучением в видимой области спектра используется эффект динамического рассеяния в смеси жидких кристаллов нематического и холестерического типа. В акустической, микроволновой и ИК голографии наиболее предпочтительно использование систем на основе жидких кристаллов холестерического типа, обладающих высокой теруочувствительностью.

Среди известных магнитооптических материалов /57/ (графа 6 табл.1) ферромагнитные марганец-висмутовые пленки считаются наилучшими для применения в голографии /10,12/ и привлекательными для использования в оперативных ГЗУ /57а/. Запись информации на таких пленках характеризуется неселективностью к активирующему излучению, высокой плотностью (n≥1∙10⁷ бит/см²), быстродействием (τ ≤ 1 мксек), постоянством хранения записанных голограмм, возможностью их перезаписи без ухудшения качества восcтановленного изображения, значительным отношением "сигнал-шум" (Рс/Рш > 8) и относительно невысокой стоимостью.

К числу наиболее существенных недостатков этих регистрирующих сред относятся: низкая светочувствительность (s ≤ 1∙10^-2 дж/см²); малая даже по сравнению с другими несеребряными и необычными средами дифракционная эффективность, достигающая η = 1∙10^-1%; необходимость строгого контроля за плотностью излучения, нагревающего слой до температур в пределах 360°С < t < 444°С, для предотвращения его разложения и получения высококачественных голограмм; необходимость применения импульсного излучения ОКГ.

Для записи динамических голограми больше перспективы имеют полупроводниковые кристаллы (si, cds, cdse, zno, gap, gaaz, se) /60/. В результате фотоиндуцированных электронных переходов в них возможна запись фазовых решеток с дифракционной эффективностью до 100% и разрешением 10000 мм^-1. Область спектральной светочувствительности может изменяться в широких пределах за счет допирования кристаллов или создания смешанных полупроводников переменного состава. В ходе первых исследований записи динамических решеток на свободных носителях моноимпульсным излучением неодимового ОКГ получена дифракционная эффективность 10÷30%. Голограммы исчезают за время до 10^-9 сек.

Среди регистрирующих сред, появившихся в последнее время, наибольшее внимание исследователей привлекают "бинарные (as-s, as-se, be-se, ge-s) и многокомпонентные (as-s-j, as-s-br, as-s-se, as-se-j, as-se-te, as-sb-se, ge-s-se, te-ge-as, te-ge-sb-s и другие) халькогенидные стеклообразные слои (графа 8 в табл.1) /61,62/. В этих регистрирующих средах под действием лазерного излучения происходит изменение полимерной структуры халькогенидов с образованием новых фаз, в частности, переход из аморфного состояния в кристаллическое, и, следовательно, с резким изменением показателя преломления. В силу этого в таких материалах возможна запись голограмм с высокой дифракционной эффективностью, превышающей в стеклах 70%. Переход среды в исходное состояние достигается путем нагревания слоя в зависимости от природы входящих соединений до

Анализ сенситометрических, голографических и эксплуатационных свойств обратимых регистрирующих сред, а также их стоимость и доступность свидетельствуют о том, что наиболее пригодны для массового потребления фототермопластики и магнитооптические марганец-висмутовые пленки. С успехом могут использоваться также органические фотохромные материалы. Вместе с тем необходимы дальнейшие изыскания более эффективных обратимых регистрирующих сред.

Основные характеристики необратимых материалов приведены в табл.2. Эта группа материалов может рассматриваться как потенциально способная заменить галоидосеребряные материалы в тех областях голографии, где потребность в них велика и, следовательно, их применение экономически нецелесообразно, а также там, где требуется регистрация, обработка информации в реальном масштабе времени.

Фотополимеризующиеся слои, параметры которых приведены в графе 1 табл.2, характеризуются /15, 63-67/ высокой светочувствительностью (до 0,5·10^-3 дж/см²), большой, дифракционной эффективностью, которая для отвержденных клеев достигает 98% /65/, и приемлемым разрешением (до 5000 мм^-1).

Завись голограмм осуществляется либо за счет фотополимеризации мономера /63/, либо в результате фоторазруиения или дополнительной полимеризации (например, полиметилметакрилат /64/). Дифракция света на таких материалах обусловлена деформацией поверхности при низких пространственных частотах и изменением показателя преломления при высоких частотах (рис.6) /65/. Хотя изменение показателя преломления составляет Δn = 10^-4 – 10², высокая

Функция передачи модуляции лучшего фоторезиста shipley az-1350 (рис.8) /72/ свидетельствует о высокой разрешающей способности этого материала, которая может достигать 10000 мм^-1.

Значительный интерес для использования в голографии представляют слои хромированной желатины (графа 3 табл.2 ) /73/. Они характеризуются светочувствительностью до 2 мдж/см² (рис.7) /71/ в области λ≤500 нм и ~ 0,1 дж/cм² на λ = 632,8 нм /74/, дифракционной эффективноетью до 90%, разрешением ~ 5000 мм^-1 и

Рис.8. Функция передачи модуляции фоторезиста shipley az - 1350.

Все возрастающий интерес представляют свободнорадикальные пленки (графа 4 табл.2) /77/. Они имеют высокую светочувствительность при использовании процесса оптического проявления изображения, которая достигает 5 эрг/см² /78/. Энергия оптического проявления в области 600-750 нм составляет 1-10 дж/см². Фиксация информации осуществляется нагревом слоя до 120-140°С в течение нескольких минут.

Данные, представленные в графе 4 табл.2, получены без оптического усиления при непосредственной записи голограмм he-ne и аргоновым лазером. Нами осуществлялась запись голограмм во встречных пучках с пространственной частотой около 5000 мм^-1.

Диазотипные материалы (графа 5 табл.2), широко используемые в репрографии, могут применяться в голографии /80/. Диазопленки типа Д8-402 обладают максимальной чувствительностью в области λ≤400 нм с длинноволновой границей λ ~ 500 нм. На малых пространственных частотах на этих материалах получаются голограммы с η_макс = 4% и допускается запись голограмм до пространственных частот ~ 3000 мм^-1.

Шумы диазопленки типа Д8-402 соизмеримы с шумами серебряно-галоидных слоев типа Кodak 649 f.

Для висмутовой пленки толщиной 10 нм с низкой точкой кипения и низкой теплопроводностью она составляет около 50 мдж/см². Эффективно поглощая излучение 10,6 мкм, металлические пленки позволяют получать голограммы под действием ИК ОКГ. Однако разрешение и светочувствительность при этом получаются низкими (ω ~ 60 мм^-1, s ~ 0,3 дж/см²) /85/.

Для эффективной записи информации длительность лазерного импульса должна быть меньше времени диффузии тепла в слое. При записи информации пикосекундным импульсом гранатового ОКГ (λ = 1,06 мкм) получены голограммы с η ~ 5% на пространственной частоте от 1750 мм^-1 при энергии записи 50 мдж/см² /86/.

2. a) r.a.fotland, e.b.noffsinger. lаsеr focus, 38 (july), 1970;

3. К.О.hill, g.w.jull. fall meeting of the opt.soc.am., oct.2, 1971.

9. С.oуl. chem. ind., 2, 646, 1971.

12. j.bordogna, s.А.Кеnеmаn, j.j.amodei. Материалы v Всесоюзной школы по голографии. Л., ЛИЯФ, стр. 567, 1973.

18. В.Н.Синцов, Материалы ii Всесоюзной школы по голографии. Л., ЛИЯФ, стр. 307, 1971.

20. В.Н.Синцов. Материалы v Всесоюзной школы по голографии. Л., ЛИЯФ, стр. 491, 1975.

21. В.Н.Синцов. Материалы iv Всесоюзной школы по голографии, Л., ЛИЯФ, стр.386. 1972.

23. В.Н.Селезнев, Н.Н.Шуйкин. Квантовая электр., 1, 1485, 1974.

k.iizuka. appl.phys., 42, 5553, 1971; А.В.Савостьянова, А.Г.Воробьев, Ю.П.Поляков, Т.А.Шахвердов, oМП, №5, 51, 1966.

d.s.lo, d.m.manikowski, М.М.Наnsоn. appl.opt., 10, 978, 1971;

35. Пат.США 3 341 330; 3 346 385; 3 355 293; 3 450 530; 1 030 217.

38. l.dauria, j.p.huignard, c.slezak, e.spitz. appl.opt., 13, 808, 1974; С.Г.Одулов, М.С.Соскин, Материалы v Всесоюзной школы по голографии, Л., ЛИЯФ, cтр.535, 1973.

59. А.С.Рубанов, Е.В.Ивакин. Оптика и спектроскопия, 34, 1181, 1973; Е.В.Ивакин, И.П.Петрович, А.С.Рубанов. Журн.прикл. спектроскопии, 18, 1003, 1973; Б.И.Степанов, Е.В.Ивакин, А.С.Рубанов. ДАН СССР, 196, 576, 1971.

60. С.Г.Одулов, М.С.Соскин. Материалы vi Всесоюзной школы по голографии. Л., ЛИЯФ, стр.532, 1974.

61. В.И.mандроcов, Е.И.Пик, Г.А.Соболев, Труды Всесоюзного научно-исследовательского кинофотоинститута, М., изд.НИКФИ, в.65, стр.77, 1972; В.И.Мандросов, Е.И.Пик, Г.А.Соболев, Г.З.Виноградова, С.А.Дембовский, О.И.Джапаридзе, Сб.Проблемы голографии, М., изд.МИРЭА, в.3, стр.184, 1973; В.И.Мандросов, Е.И.Пик, Г.А.Соболев, Г.З.Виноградова, С.А.Дембовский, А.П.Чернов, Изв. АН СССР, сер.неорг.хим., 9, 1349, 1973; С.Б.Гуревич. И.Н.Ильяшенко, Б.У.Коломиец, В.М.Любин, В.И.Наливайко, Ю.Е.Нестерихин, В.Г.Цукерман, Д.Ф.Черных, Сб.Проблемы голографии. К., изд. МИПЭА, в.3, стр.199, 1973; С.Б.Гуревич, Н.Н.Ильяшенко, Б.Т.Коломиец, В.М.Любин. Д.Ф.Черных, В.П.Шило, Журн.техн.физ, 43, 217, 1973;

69. j.d.margerum, l.j.miller, j.В.rust. phot.sci.eng., 12, 177, 1968; j.a.jenney. josa, 61, 1116, 1971.

71. m.t.gale, d.l.greenaway, j.p.rusael. appl. of holography, proc. of symp. of holography, besanoon, 6 jullet, р.1-11, 1970.

79. Пат. США - 3 598 592 (1971).