DE2025617A1

DE2025617A1 - Verfahren zur Umwandlung von Absorptions hologrammen in Phasenhologramme

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Publication number: DE2025617A1
Application number: DE19702025617
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr 5672 Leichhngen Wehner Hans 5070 Bergisch Gladbach Bestenreiner Fritz Dr 8022 Grunwald Riek
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1970-05-26
Filing date: 1970-05-26
Publication date: 1971-12-09
Also published as: FR2093784A5; CH554003A; GB1326313A; BE767176A

Description

Verfahren zur Umwandlung von Absorptionshologrammen in Phasenhologramme

Die Erfindung "betrifft Verfahren zur Umwandlung von Absorptionshologrammen, deren Interferenzstruktur durch Reduktion von belichteten Silbersalzen in einem photographischen Entwicklungsverfahren erzeugt worden sind, in ein Phasenhologramm.

Absorptionshologramme werden üblicherweise durch holographische Belichtung von photographischen Materialien mit mindestens einer Silberhalogenid-Emulsionsschicht und anschließende photographische Verarbeitung hergestellt.

Von Vorteil ist dabei die hohe Lichtempfindlichkeit im gesamten Spektralbereich von Silberhalogenid-Emulsionen. Absorptionshologramme. sind nachteilhaft wegen ihres relativ geringen Beugungswirkungsgrades. Unter Beugungswirkungsgrad wird dabei das Intensitätsverhältnis von einfallendem licht zu dem durch das Hologramm bei der Rekonstruktion in eine erste BeugungsOrdnung gebeugten Licht verstanden. Der Beugungswirkungsgrad beträgt

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bei Absorptionshologrammen nur wenige Prozent. Praktisch werden Werte im Bereich von 0,5 bis 3 % erzielt.

Zur Erhöhung des Beugungswirkungsgrades werden die Absorptionshologramme in Phasenhologramme dadurch übergeführt, daß das Silberbild durch übliche Bleichung entfernt wird. Man erhält Phasenhologramme mit Beugungswirkungsgraden von etwa 10 - 30 %. Damit ist bezüglich des Beugungswirkungsgrades zwar eine erhebliche Verbesserung erreicht; die photographische Qualität des Hologramms wird bei der Bleichung jedoch verschlechtert. Die auf diesem Wege hergestellten Hologramme zeigen allgemein eine störende lichtstreuung, die zu einer Unscharfe des rekonstruierten Bildes führt. Weiter ist in Betracht zu ziehen, daß ein Teil der gegenwärtig verwendeten Bleichbäder auf einer Rehalogenierung des Silbers beruht. Die entstehenden Phasenhologramme sind somit lichtempfindlich und dunkeln nach, was zu einem Absinken des Beugungswirkungsgrades führt.

Es ist ferner bekannt, Phasenhologramme auf direktem Wege durch holographische Belichtung von photovernetzenden Schichten, z.B. Chromat-Gelatineschichten, herzustellen. Auf diesem Wege gelingt es, PhasenhoIogramme mit hohen Beugungswirkungsgraden und guter photographischer Qualität der rekonstruierten Bilder herzustellen. Die praktische Bedeutung dieser Verfahren ist jedoch wegen der geringen Lichtempfindlichkeit der photovernetzenden Schichten begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Herstellung von Phasenhologrammen mit hohem Beugungswirkungsgrad und vernachlässigbarer lichtstreuung unter Verwendung von photographischen Materialien mit hoher Lichtempfindlichkeit zu entwickeln.

Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von Phasenhologrammen durch Umwandlung von Absorptionshologrammen entwickelt, wobei das Absorptionshologramm holographisch auf eine Schicht kopiert wird, deren Brechungsindex durch Belichtung veränderbar ist.

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ORIGINAt INSPECTED

Die Absorptionshologramme, von denen man dabei ausgeht, werden in bekannter Weise hergestellt. Von primärer Bedeutung sind Absorptionshologramme, deren informationstragende Struktur aus metallischem Silber besteht und die in bekannter Weise durch holographische Belichtung von Silberhalogenid-Emulsionen hergestellt werden.

Als holographische, lichtempfindliche Kopiermaterialien, deren Brechungsindex sich bei Belichtung ändert, eignen sich in erster Linie photovernetzende Schichten, vorzugsweise Chromat-Gelatineschichten.

Zweckmäßig befinden sich beim Kopiervorgang das Absorptionshologramm und das lichtempfindliche Material für die Herstellung des Phasenhologrammes miteinander in Kontakt.

Entsprechend einer Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt sich das Absorptionshologramm aus mehreren in einer Schicht superponierten Teilhologrammen zusammen. Dabei kommen vor allem zwei praktisch interessante Fälle in Betracht. Entweder weisen alle Teilhologramme die gleiche mittlere Ortsfrequenz auf und unterscheiden sich voneinander nur durch ihre räumliche Orientierung, oder alle Teilhologramme besitzen die gleiche räumliche Orientierung, und unterscheiden sich nur durch ihre mittlere Ortsfrequenz voneinander. In jedem Falle läuft aber der Kopierprozeß so ab, daß jedes Teilhologramm für sich unter Einhaltung der Braggbedingung auf die photovernetzbare Schicht kopiert wird.

Entsprechend einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß das Absorptionshologramm in einem dreidimensionalen Speichermedium, die kopierten Hologramme hingegen in einem dreidimensionalen oder zweidimensionalen Speichermedium erzeugt werden.

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Eine alternative Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Kopiervorgang auf der Seite des Kopiermaterials, die dem Absorptionshologramm und der Laserquelle abgewandt ist, ein Spiegel in Kontakt angeordnet wird, wobei in der lichtempfindlichen Schicht des Kopiermaterials sowohl zwei Transmissions-Phasenhologramme als auch zwei Reflexions-Phasenhologramme erzeugt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Kopiervorgang von der der laserlichtquelle und dem Absorptionshologramm abgewandten Schichtseite her in die lichtempfindliche Schicht des Kopiermaterials ein zusätzlicher externer Referenzstrahl eingeführt, wobei in der Kopierschicht sowohl ein Transmissions-Phasenhologramm als auch ein Reflexions-Phasenhologramm erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1

die einfachste Möglichkeit zur Durchführung des Kopiervorganges

Figur 2

eine Ausführung des Verfahrens, bei der aus einem Absorptions-Transmissionshologramm in der lichtempfindlichen Schicht des Kopiermaterials gleichzeitig mehrere Phasen-Transmissionshologramme und Phasen-Reflexionshologramme hergestellt werden

Figur 3

eine Ausführungsform, bei der aus einem Absorptions-Transmissionshologramm gleichzeitig in der lichtempfindlichen Schicht des Kopiermaterials Jeweils nur ein Phasen-Transmissionshologramm und ein Phasen-Reflexionshologramm erzeugt werden.

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Gemäß Figur 1 ernäli; man aus dem als Original dienen Absorptions-Transmissionshologramm ein Phasen-Transmissionshologramm. Transmiss! onshologramm heißt, daß in Transmission rekonstruiert wird. Das Prinzip dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Figur 1 schematisch dargestellt.

In der Figur 1 bedeutet-1 die Laserlichtquelle. Als Vorlage dient ein Absorptionshologramm mit der informationstragenden Schicht 2, angeordnet auf dem Schichtträger 3. Die Interferenzflachen 9 im Absorptionshologramm sind durch die schraffierten linien angedeutet. Der. Abstand zweier benachbarter Interferenzflächen ist klein im Vergleich zur Dicke der informationstragenden Schicht, so daß eine dreidimensionale Interferenzstruktur vorliegt. Das Kopiermaterial besteht aus der lichtempfindlichen Schicht 4 auf dem Schichtträger 5. Auch hier sind die beim Kopierprozeß erzeugten Interferenzflächen als schraffierte Linien 10 in der Schicht 4 angedeutet. Selbstverständlich ist es bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auch möglich, die lichtempfindliche Schicht des Kopiermaterials bei dem Kopiervorgang mit der informationstragenden Schicht des Originals in direkten Kontakt zu bringen. Von der Laserlichtquelle 1 geht der Lichtstrahl 6 aus. In der Schicht des Originals, die das Absorptionshologramm enthält, geht ein Teil des einfallenden Lichtes in der nullten Ordnung als Referenzstrahl 7 gradlinig durch das Kopiermaterial hindurch, ein anderer Teil wird an den Interferenzflächen des Absorptionsgitters bei Einhaltung der Bragg-Bedingung vorzugsweise in eine erste Ordnung gebeugt. Dieses in eine 1. Ordnung optimal gebeugte Licht ist durch den Strahl 8 angegeben und wird in der Holographie häufig als Objektstrahl bezeichnet. Durch Interferenz des Referenzstrahles 7 und des gebeugten Strahles 8 entstehen in der lichtempfindlichen Schicht des Kopiermaterials in der Richtung der Winkelhalbierenden 11 zwischen diesen Strahlen die Interferenzflächen 10. Die Interferenzflächen 10 stimmen nach räumlicher Orientierung und nach Abstand (Ortsfrequenz) mit den Interferenzflächen 9 überein.

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Zur Vereinfachung sind in Figur 1 Brechungseffekte, die beim Eintreten der Lichtstrahlen in die Schichtträger und Schichten auftreten, vernachlässigt.

Vie weiter unten in den spezifischen Beispielen im einzelnen beschrieben, wird bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Beugungswirkungsgrad bis um den Faktor verbessert, d.h. aus einem Absorptionshologramm mit einem Beu— gungswirkungsgrad von 1 bzw. 2 % wird ein Phasenhologramm mit einem Beugungswirkungsgrad von 30 bzw. 60 # erhalten. Bezüglich der Lichtstreuung bleibt dabei die Qualität des Originalhologramms voll gewahrt. Diese außerordentlich überraschenden Resultate haben zwei wesentliche Ursachen. Einmal erlaubt ein mit der richtigen optischen Dichte D hergestelltes Absorptionshologramm, beim Kopierprozeß der geschilderten Art die Chromat-Gelatineschicht oder andere photovernetzende Schichten optimal auszusteuern. Zum anderen bringen es die quasi-kornfreie-Struktur der Chromat-Gelatineschicht und die Art des Verfahrens mit sich, daß beim Kopierprozeß keine zusätzliche Lichtstreuung entsteht, wie dies bei der Bleichung von Absorptionshologrammen der Fall ist. Bezüglich der optimalen Aussteuerung des Kopiermaterials betrachten wir noch das folgende Zahlenbeispiel: Das Absorptionshologramm möge eine optische Dichte D = 1,0 haben, was einer Intensitätstransmission Tj = 10~" =0,1 also 10 % entspricht. Bei einer derartigen optischen Dichte ist erfahrungsgemäß ein Absorptionshologramm mit einem Beugungswirkungsgrad bis zu 3,3 % herstellbar. Somit ergibt sich bei Braggwinkel-Anordnung des Absorptionshologramms zwischen dem ungebeugten und dem gebeugten Strahl ein Intensitätsverhältnis von 3:1, was beim Kopieren von Absorptionshologrammen auf Chromat-Gelatineschichten als annähernd optimal anzusehen ist. Strenggenommen ist es aufgrund des extrem hohen Dynamikbereichs der Chromat-Gelatine günstiger, die optische Dichte des Absorptionshologramms noch etwas oberhalb D = 1 einzustellen, da der Beugungswirkungsgrad mit wachsendem D nach Erreichen eines Maximalwertes (für B« 0,6) nur langsam absinkt .Mit dem ange-

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ORfGJNAL INSPECTED

gebenen Intensitätsverhältnis zwischen dem ungebeugten und dem gebeugten Strahl läßt sich z.B. eine Chromat-Gelatlneschieht optimal aussteuern, vorausgesetzt, daß genügend lange Belichtungszeiten gewährleistet sind.

Bei der beschriebenen .Ausführung kann ein dreidimensionales Absorptionshologramm auf eine zweidimensional photovernetzende Schicht kopiert werden. Eine derartige z.veidimensionale photovernetzende Schicht liegt beispielsweise vor, wenn Shipley AZ 1350 Photoresist in einer Dicke von etwa 1 /um auf einen Schichtträger aufgebracht wird. Anstelle der Interferenzflächen in einem dreidimensionalen Kopiermedium hat man es nunmehr mit Interferenzlinien in einem Kopiermedium zu tun, dessen Schichtdicke in der Größenordnung des Abstandes zweier benachbarter Interferenzlinien liegt. Der maximal mögliche Beugungswirkungsgrad derartiger zweidimensionaler Phasengitter in eine 1. Beugungsordnung beträgt bekanntlich 34 #. Bei dieser Erweiterung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind mithia nicht ganz so hohe Steigerungen des BeugungsWirkungsgrades erzielbar wie beim Kopieren auf eine dreidimensionale photovernetzende Schicht.

Bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus einem Absorptions-Transmissionshologramm gleichzeitig in der lichtempfindlichen Schicht des Kopiermaterials mehrere Phasen-Transmissionshologramme und Phasen-Reflexionshologramme hergestellt.

Diese Ausführungsform ist in der Figur 2 schematisch dargestellt. Die Figur 2 entspricht bezüglich der Entstehung der durch die Schraffur 10 in der lichtempfindlichen Schicht 4 des Kopiermaterials angedeuteten Interferenzflächen des Transmissionsgitters der Figur 1. Auch hier geht der von der Laserlichtquelle ausgehende Strahl 6 zum Teil als ungebeugter Strahl 7 und zum · Teil als gebeugter Strahl 8 in das Kopiermaterial. In der licht-

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empfindlichen Schicht des Kopiermaterials entstehen durch Interferenz dieser Strahlen in der Richtung der Winkelhalbierenden die Interferenzflächen 10. Die Interferenzflächen 10 stimmen . nach räumlicher Orientierung und nach Abstand (Ortsfrequenz) mit den Interfersnzflachen 9 des Absorptions-Transmissionsgitters tiberein.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten durch die Spiegel 12, der sich im Kontakt mit dem Kopiermaterial befindet. An diesem Spiegel wird der ungebeugt durchtretende Strahl 7 als neuer Referenzstrahl 14 reflektiert. Der Strahl 14 interferiert mit dem gebeugten Strahl 8. Dabei entsteht in Richtung der Winkelhalbierenden 15 ein Reflexions-Phasengitter in der lichtempfindlichen Schicht des Kopiermaterials, das durch die Schraffur 13 in dieser Schicht angedeutet ist. Man bezeichnet ein Gitter als Reflexionsgitter., wenn die in ihm gespeicherte Information in Reflexion rekonstruiert wird» Das Reflexions-Phasengitter 13 weist allgemein eine höhere Ortsfrequenz auf als das Transmissions-Phasengitter 10, da zwischen den Strahlen und 14 (unter Beachtung ihrer Richtung) ein größerer Winkel vorliegt als zwischen den Strahlen 7 und 8.

Die bisherige Betrachtung zur Eigur 2 ist insofern unvollständig, als am Spiegel nicht nur der ungebeugte Strahl 7 (Referenzstrahl) j sondern auch der gebeugte Strahl 8 (Objektstrahl)- in das Kopiermaterial zurückreflektiert wird» Durch Interferenz dieses zurückreflektierten ObjektStrahles 8 mit den Referenzstrahlen H und 7 werden somit in der lichtempfindlichen Schicht des lopiermaterials je ein weiteres Sransmissions-Phasengitter und Reflexions-Phasengitter gespeichert,, die- sich von den vorher besprochenen und in der Figur 2 angedeuteten Gittern 10 und 13 vor allem durch ihre räumliche Orientierung unterscheiden-,-Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese zusätzlichen fritter · nicht mit in die Figur 2 aufgenommen. Die störungsfreie Wiedergewinnung der Information aus jedem der vier durch Kopie-ent-

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standenen Hologramme gelingt mittels einer Laserlichtquelle unter Beachtung der Bragg-Bedingung. Eine Wiedergewinnung der Information aus den beiden Reflexions - Phasenhologrammen mittels tfeißlichtquelle (Taschenlampe, Sonne) führt zu störenden Farbdispersionen, da beide Hologramme annähernd im gleichen Ortsfrequenzbereich liegen. Um diese für viele praktische Anwendungen schädliche Einschränkung zu vermeiden, wird nunmehr anhand von Figur 3 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Dabei werden aus einem Absorptions-Transmissionshologramm gleichzeitig in der lichtempfindlichen SGhicht des Kopiermaterials jeweils nur ein Phasen-Transmissionshologramm und ein Phasen-Reflexionshologramm erzeugt.

Die !Figur 3 entspricht bezüglich der Entstehung der durch die Sehraffur 10 in der lichtempfindlichen Schicht 4 des Kopiermaterial angedeuteten Interferenzflächen des Transmissionsgitters der Figur 1. Auch hier geht der von der Laserlichtquelle 1 ausgehende Strahl 6 zum Teil als ungebeugter Strahl 7 und zum Teil als gebeugter Strahl 8 in das Kopiermaterial. In der lichtempfindlichen Schicht des Kopiermaterial entstehen durch Interferenz dieser Strahlen in der Richtung der Winkelhalbierenden 11 die Interferenzflächen 10. Die Interferenzflächen 10 stimmen nach räumlicher Orientierung und nach Ortsfrequenz mit den Interferenzflächen 9 des Absorptions-Transmissionsgitters tiberein.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten durch den zweiten Referenzstrahl 12, welcher in die lichtempfindliche Schicht des Kopiermaterials von der der Laserlichtquelle 1 abgewandten Seite her eintritt. Der Referenzstrahl 12 wird extern durch Strahlteilung vom Licht der Laserlichtquelle 1 abgeleitet. Der Refere'nzstrahl 12 interferiert mit dem abgebeugten Strahl 8. . Dabei entsteht in der lichtempfindlichen Schicht des Kopiermaterials in Richtung der Winkelhalbierenden 14 ein Reflexions-

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Phasengitter 13. Die Wiedergewinnung der Information aus diesem Reflexions-Phasengitter kann mittels einer Weißlichtquelle erfolgen, ohne daß eine störende Farbdispersion beobachtet wird. In der Anordnung von Figur 3 bleibt weiter ein Grundvorteil der Anordnung von Figur 1 erhalten, daß nämlich die volle Intensität des Objektstrahles 8 in die lichtempfindlich© Schicht des
Kopiermaterials eintritt» Außerdem ist in der Anordnung von
Figur 3 die Intensität des externen Referensstrahles 12 unabhängig von der Intensität des Objektstrahles 8 einstellbar.
Bezüglich des Reflexions-Phasengitters 13 bringt die Anordnung von Figur 3 gegenüber der Anordnung von Figur 2 als einsigen
Nachteil, daß aufgrund des externen Referenzstrahles 12 der
mechanischen Stabilität der Gesamtanordnung, erhöhte Aufmerksamkeit geschenkt werden muß.

Die Absorptionshologramme, von denen das erfindungsgemäße Verfahren ausgeht, insbesondere solche₉ deren. Interferensstruktur aus metallischem Silber besteht,'werden - wie bereits oben angegeben - in bekannter Weise durch holographische Belichtung
konventioneller photographischer Materialien mit mindestens
einer Silberhalogenid-Emulsionsschicht hergestellt»

Besonders geeignet sind extrem feinkörnige₉ hochauflösende
Silberhslogenid-Emulsionsschichtexi, wie sie S₀B₀ von der Firma AGFA-GEVAIRT unter der Bezeichnung SCIMTJA-Haterialiem In den Handel gebracht werden»

Als Kopiermaterial für die Herstellung dar Plsaseniiolograiime kann man praktisch. Jedes der "bekannten lichtempfindlichen Materialism mit einer photovernetzbarea Schicht v-srweaäejio Dabei sind sowohl negativarbeitende Schichten,, d.h. solche₉ die an den belichteten Stellen vernetzen und deren unbelichtete Schichtteile in bestimmten Lösungsmitteln löslich bleiben^ als auch positivarbeitende Schichten, d.h. solche, die an den belichteten Stellen löslich werden, geeignet. Brauchbar aind sowohl photopolymerisierende als auch photovernetzende oder photodimerisierende Systeme.

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Verwiesen sei insbesondere auf Polymerisate, vorzugsweise Polyvinylalkohol oder Copolymerisate davon, die Vinylalkoholeinheiten in polymerisierter Form enthalten, die in Seitenketten lichtempfindliche Zimtsäuregruppierungen oder Azidgruppen ent~ halten. Solche Polymerisate sind z.B. beschrieben in den deutschen Patentschriften 1 099 732, 1 067 219, 1 063 802 oder den amerikanischen Patentschriften 1 965 710, 1 973 493, 2 063 348 oder 2 566 302. Eine zusammenfassende Darstellung Über lichtempfindliche Polymere mit Zimtsäureestergruppen findet eich in dem Artikel von I. M. Minsk et al in J. Appl. Polymer Sc. 2 (1950) 302. Lichtempfindliche Systeme mit Azidgruppen sind in den deutschen Patentschriften 1 053 782, 1 079 949, 1 079 950, 1 285 306 oder der französischen Patentschrift 1 455 154 beschrieben.

Geeignet sind ferner lichtempfindliche Ohromat-Gelatineschichten,-die in bekannter Weise durch Behandlung von Gelatineschichten mit Alkalimetall- oder Ammoniumbichromatlösungen sensibilisiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu Phasenhologrammen mit ausgezeichneten photograph!sehen Eigenschaften. 3)ie aus den Hologrammen rekonstruierten Bilder sind von höchster Schärfe und bei rauschfreien Originalhologrammen ebenfalls rauschfrei. Je nach der Qualität und der mittleren optischen Dichte D des Absorptionshologramms, von dem im Kopierprozeß ausgegangen wird, liegt der Beugungswirkungsgrad des gewonnenen Phasenhologramms zwischen 30 und 80 #.

Als besondere Vereinfachung wirkt sich bei dem erfindungsgemässen Verfahren ein Umstand aus, der an sich als Nachteil von Halogensilber-Absorptionshologrammen anzusehen 1st.. Bei der photographischen Verarbeitung von holographisch belichteten Silberhaiogenid-Emulsionen schrumpft die Schicht aufgrund der " Entfernung des unbelichteten Halogensilbers, Diese Schicht-

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schrumpfung mußte bisher durch Quellung korrigiert werden, um unter Beibehaltung des Objektstrahl-Referenzstrahlwinkels mit der gleichen Lichtwellenlänge rekonstruieren zu können, welche bei der Aufnahme des Hologramms verwendet wurde. Der Quellvorgang kann unterbleiben» wenn die Rekonstruktion mit kurzwelligerem Licht, d.h. grünem oder blauem Laserlicht erfolgt. Dieser Umstand paßt sich in das erfindungsgemäße Verfahrensschema besonders gut ein, da die für die Herstellung des Phasenhologramms benutzten photovernetzenden Schichten vorzugsweise blau- und grünempfindlich sind, so daß eine Quellung des Absorptionshologramms nicht erforderlich ist. Aufgrund eines weiter unten beschriebenen Quellhärtungsbades ist die Schichtschrumpfung der Chromat-Gelatineschicht im Rahmen des erfindungsgemäßen VerfahrensSchemas praktisch vernachlässigbar.

Beispiel 1 (Kopierprozeß nach Figur 1)

Herstellung des Absorptionshologramms:

Verwendet wird ein photographisches Material, bestehend aus einer Silberbromidjodidgelatineschicht mit 3₅8 MoI-^ Jodidgehalt und einer mittleren Korngröße von, 0,05/um und einer engen Korngrößenverteilung.

Die mittlere quadratische Streubreite d.er Größenverteilung be- tragt<^~> 0,03 /um. Die Packungsdichte liegt oberhalt von O₅3 g Silber pro ei³, Die Schicht ist panchromatisch sensiMlislert.

Geeignet sind z.B. die handelsüblichen Photoplatten des Typs AGFA-GEVAER! SGIMTIA 8E75, &S56₉ 1OE75, 1OE56.

In derartigen liochauflöeenden Halogensilber-Emulslonsschichtezi wird die Hologrammstruktur durch Interferenz eines vom Objekt ■ kommenden und eines unmoduliert en Referenzbündels erzeugt«, '-

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Da beide Strahlenbündel auch bei größeren Weglängendifferenzen zueinander kohärent sein müssen, werden sie zweckmäßig einem Laser über einen Strahlteiler entnommen, ils laser sind vor allem kontinuierliche Krypton- und Argonlaser geeignet, die wahlweise verschiedene Farben im sichtbaren und ultravioletten Spektralgebiet mit hoher Intensität emittieren. Beispielsweise ist zur Erzeugung des besprochenen Absorptionshologramms in einer AGEA-GEVAERT SCIMTIA 8E75 Photoschicht die ^₁ = 647 nm-Iiinie des Kryptonlasers sehr gut brauchbar.

Bas belichtete photographische Material wird in einem Entwickler der folgenden Zusammensetzung entwickelt

Hydrochinon	3,5 g
p-Methylaminophenol	7,5 g
KBr	3,0 g
Na₂SO₅	40,0 g
Na₂CO,	30,0 g
H„0	1000 ml

und anschließend mit einer Natriumthiosulfatlösung fixiert.

Herstellung eines kopierten Transmissions-Phasenhologramms:

Eine schwach gehärtete 20y-um dicke klare G-ela tine schicht, die auf einer Glasplatte angeordnet ist, wird durch 5 Minuten langes Behandeln mittels einer 7 $igen wässrigen Lösung von Ammoniumdichromat bei Zimmertemperatur sensibilisiert. Das Material wird dann im Dunkeln getrocknet.

Die Kopierbelichtung erfolgt nach der in Elgur 1 angegebenen Anordnung. Dabei wird aus dem nach dem obigen Verfahren hergestellten Absorptionshologramm mittels unaufgefächertem Laserlicht auf einem weißen Bildschirm ein reelles Bild des holo-

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graphierten Objektes abgebildet und anhand der Bildhelligkeit eine optimale Braggwinkel-Justage vorgenommen. Sodann wird das Kopiermaterial mit dem justierten Absorptionshologramm in Berührung gebracht und das Kopiermaterial durch das Absorptionsiiologramm hindurch mit dem aufgefächerten laserstrahl belichtet, Die jetzt vorgenommene Auffächerung des Laserstrahles bewirkt, daß alle Hologrammpunkte gleichzeitig kopiert werden. Je nach Art des Kopiermaterials, der Laserlichtwellenlänge und Intensität aowie der optischen Dichte D des Abeorptionshologramms ergeben sich in den Kopierzeiten erhebliche Unterschiede. Beispielsweise erhält man für Chromat-Gelatine, für eine Laser- lichtwellenlängeX = 520 m, für eine laserliehtleistung I = 100 mW, für eine optische Dichte des Absorptioiishologramms D

2 = 1 sowie für eine Hologrammfläche von 100 cm eine Kopierzeit von 15 Minuten. Durch Verwendung eines leistungsstarken Argonlasers und Kopie bei kürzeren Wellenlängen sind die Kopierzeiten erheblich reduzierbar.

Das Funktionsprinsip der beschriebenen Chromat-Gelatineschichten beruht darauf, daß die Quellfähigkeit der Gelatine mit steigender lichtabsorption infolge Vernetzung abnimmt'» B_ei den Chromat-Gelatine-Interferenzflächen handelt es sich somit um Strukturen, die aus einer Belichtungs-Härtung der Gelatine hervorgehen. Um hier mit möglichst niedrigen Belichtungsenergien auszukommen, wird an die Belichtung eine Wasserquellung angeschlossen, die sich vornehmlich in den unbelichteten Bereichen der Schicht abspielt und zugleich eine Desensibilisierung bewirkt. Um zwischen der Hologrammstruktur und den unbelichteten !Teilen der Schicht mögliehst groß® Brecaungsindex-Unterschiede zu erzielen, wird anschließend beispielsweise über ein kurzes Isopropanolbad und darauffolgende Trocknung eine schnelle Dehydration durchgeführt. Man beobachtet allerdings, daß sich die Gelatine in der für die Desensibilisierung notwendigen Wässerungszeit teilweise oder vollständig auflöst, so daß eine gleichzeitig ablaufende weitere Härtung notwendig wird. Biese Härtung ist auch deshalb nötig,.um bei der späteren

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schnellen Dehydration eine Trübung der Gelatine zu vermeiden. Die somit erforderliche Quellung und Härtung haben wir in einem einzigen Prozeßschritt und mit bestem Erfolg dadurch erreicht, daß wir die belichtete Schicht 15 Minuten lang mit einer 10 $igen Ghromalaun-lösung behandelten. Daran schloß sich zur KlarspüTung ein Wasserbad von 30 Minuten an. Den Abschluß bildeten wiederum die schnelle Dehydration und anschließende Trocknung. Die so gewonnenen Schichten sind in natürlichem Licht klar wie Fensterglas, können ohne jede Veränderung mit

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Laserlichtleistungen bis zu 1 Wem beaufschlagt werden und sind unbegrenzt haltbar.

In der Literatur wird von L.H. Lin, Appl. Optics Vol. 8, No. 5, May 1969, S. 963-966, eine andere Möglichkeit zur Quellhärtung von Chromat-Gelatineschichten beschrieben. Und zwar wird hier die Chromat~Gelatineschicht nach der Belichtung erneut für 5 Minuten in eine 0,5 T^ige Ammoniumdichromat-Lösung eingebracht, wodurch die Schicht zusätzlich 6-wertige Chromionen aufnimmt. Alle 6-wertigen Chromionen werden anschließend in einem weiteren Kodak-Rapid· Fixer Bad (mit zusätzlichem Härtungsmittel) zu 3-wertigen Chromionen reduziert, welche offenbar den wesentlichen Teil der Härtung bewirken. Daran schließt sich wiederum eine schnelle Dehydration und Trocknung an.

Trotz der hier herausgestellten chemischen Ähnlichkeit beider Quellhärtungsprozesse sehen wir einen Unterschied darin, daß der Lin*sehe Prozeß im Effekt eine geringe Quellung des fertig verarbeiteten Materials ergibt, während wir bei unserem Quellhärtungsprozeß eine geringe Schrumpfung des fertig verarbeiteten Materials beobachten, ./ir führen diesen Unterschied darauf zurück, daß unser Prozeß eine ausgeprägtere Härtung bewirkt, womit wir auch die hervorragende Stabilität unserer Schichten erklären.

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Das von uns im Kopierprozeß nach Figur 1 verwendete Absorptionsholograimn hatte einen Beugungswirkungsgrad von etwa 3 %· Pas bei dein Kopiervorgang erhaltene Phasenhologramm besaß einen Beugung swirkungsgrad von 80 io bei ausgezeichneter Qualität des rekonstruierten Bildes.

Beispiel 2 (Kopierprozeß nach Figur 2) Herstellung des Absorptionßiiologramms:

Die Herstellung des Absorptionshologramms verläuft in der gleichen Weide wie 3ie_; in Beispiel 1 beschrieben wurde. Auch die Bragg-Justage des Absorptionshologramms vor der Kopie wird in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben vorgenommen.

Herstellung von je zwei kopierten Transmissions.- und Reflexions-Phasenhologrammen in einer Schicht:

Die Sensibilisierung und spätere Verarbeitung des C_nromat-Gelatine-Kopiermaterials erfolgt in der gleichen Weise wie sie in Beispiel 1 beschrieben wurde. Der Unterschied zwischen dem Beispiel 2 und dem Beispiel 1 liegt in der optischen Kopieranordnung. Entsprechend Figur 2 ist jetzt die optische Kopieranordnung durch den Spiegel 12 ergänzt. Wie früher erläutert, führt die Spiegelreflexion des ungebrochenen Strahles 7, des gebeugten Strahles 8 sowie die wechselseitige Interferenz der verschiedenen Strahlen zur Speicherung von zwei Transmissions- und zwei Reflexions-P^asengittern in der Kopierschicht. Die Spiegelreflexion bewirkt dabei, daß bezüglich der relativen Intensitäten der interferierenden Strahlen ähnlich günstige Werte vorliegen wie sie im Beispiel 1 für das kopierte Transmissions-Phasenhologramm angegeben wurden. Die Chromat-Gelatineschicht wird also bei einer optischen Dichte D = 1 des Absorptionshologramms für alle vier Kopierhologramme annähernd optimal ausgesteuert, wobei der große Dynamikbereich. dieser Schicht eine wesentliche Rolle spielt. Für die Kopierzeit gelten wiederum die Betrachtungen von Beispiel 1.

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Das von uns im Kopierprozeß nach Figur 1 verwendete Absorptionshologramm hatte einen Beugungswirkungsgrad von etwa 3 i>. Die beim Kopierprozeß erhaltenen Transmissions-Phasenhologramme besaßen einen Beugungswirkungsgrad von 60 <$>. Die Reflexions-Phasenhologramme zeichneten sich infolge der zwischen ihnen bestehenden und früher besprochenen Korrelation durch eine erhebliche Farbdispersion aus, die eine Rekonstruktion mit einfarbigem laserlicht notwendig macht.

Beispiel 3 (KopierprozeS nach Figur 3) Herstellung des Absorptionshologramms:

Die Herstellung des Absorptionshologramms verläuft in der gleichen Weise wie sie in Beispiel 1 beschrieben wurde. Auch die Bragg-Justage des Absorptionshologramms vor der Kopie wird in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben vorgenommen.

Herstellung von je einem kopierten Transmissions- und Reflexions-Phesenhologramm in einer Schicht:

Die Sensibilisierung und die spätere Verarbeitung des Chromat-Gelatine-Kopiermaterials erfolgt in der gleichen Weise wie sie in Beispiel 1 beschrieben wurde. Der Unterschied zwischen dem Beispiel 3 und dem Beispiel 1 liegt in der optischen Kopieranordnung. Entsprechend Figur 3 ist jetzt die optische Kopieranordnung durch einen externen Referenzstrahl 12 ergänzt. Dieser Referenzstrahl 12 wird dabei durch Strahlteilung des vom laser 1 ausgehenden lichtes gewonnen. Das Strahlteilerverhältnis ist dabei zweckmäßig variabel einstellbar. Der prinzipielle Unterschied der Anordnung von Figur 3 gegenüber der Anordnung von Figur 2 liegt darin, daß jetzt eine Spiegelreflexion des gebeugten Strahles 8 vermieden wird. Dadurch kommt es im Kopiermaterial zur Speicherung von nur je einem Trans-

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missions- und Reflexions-Phasenhologramm. Damit ist die Farbdispersion beim Reflexionshologramm ausgeschaltet; eine Rekonstruktion mit einer Weißlichtquelle wird möglich. Andererseits bleibt in der Anordnung von .Figur 4 der Vorteil einer vollen Ausnutzung des abgebeugten Strahles 8 (des Objektstrahles) voll erhalten.

Bezüglich der relativen Intensitäten der interferierenden Strahlen sind optimale Einstellungen über die optische Dichte D des Absorptionshologramms sowie über das Teilungsverhältnis V des besprochenen Strahlteilers möglich. Zweckmäßig geht man wiederum von einer optischen Dichte D = 1 sowie einem Teilungsverhältnis V = 0,1 aus. Mit anderen Worten: die Intensität des Referenzstrahles 12 sollte etwa 10 % der Intensität des einfallenden Strahles 6 betragen. Bei einem Beugungswirkungsgrad des Absorptionsgitters von 3 % beträgt dann die Intensität des abgebeugten Strahles 8 etwa den dritten Teil des Referenzstrahles 12, was als annähernd optimal anzusehen ist. Aufgrund der optischen Dichte D = 1 des Absorptionshologramms ergibt sich auch für die das kopierte Transmiss!ons-Phasenhologramm bildenden Strahlen 8 und 7 annähernd ein Intensitätsverhältnis von 1:3. Bezüglich der Kopierzeit gelten wieder die Betrachtungen von Beispiel 1.

Das von uns im Kopierprozeß nach Figur 3 verwendete Absorptionshologramm hatte einen Beugungswirkungsgrad von etwa 3 %. Das beim Kopierprozeß erhaltene Transmissions-Phasenhologramm besaß einen Beugungswirkungsgrad von 60 ^. In ähnlicher Größenordnung ergab sich der Beugungswirkungsgrad des Reflexionshologramms, wobei die Messung mit Laserlicht vorgenommen wurde. Die Qualität der rekonstruierten Bilder war sehr gut.

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INSPECTED

Claims

Patentansprüche:

/1. Verfahren zur Herstellung von Phasenhologrammen durch Umwandlung von Absorptionshologrammen, deren informationstragende Struktur aus einem Material besteht, das licht aus dem sichtbaren Bereich des Spektrums absorbiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionshologramm holographisch auf eine Schicht kopiert wird, deren Brechungsindex durch Belichtung veränderbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine photovernetzbare Schicht kopiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Chromat-Gelatineschicht kopiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d©3 sich bei dem Kopiervorgang das Absorptionshologramm und das lichtempfindliche Material für die Herstellung ä$s Phasenhologramms in Kontakt befinden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionshologramm durch holographische Superposition von mehreren Teilhologrammen in der gleichen Schicht erzeugt wird, die anschließend unter Einhaltung der Braggbedingung sukzessive in das Kopiermedium kopiert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionshologramm in einem dreidimensionalen Speichermedium, die kopierten Hologramme hingegen in einem dreidimensionalen oder zweidimensionalen Speichermedium erzeugt werden.

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7. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Kopiervorgang auf der Seite des Kopiermaterials, die dem Absorptionshologramm und der Laserlichtquelle abgewandt ist, ein Spiegel in Kontakt angeordnet wird, wobei in der lichtempfindlichen Schicht des Kopiermaterials sowohl ζ //ei Transmissions-Phasenhologramme als auch zwei Reflextions-Phasenhologramme erzeugt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kopiervorgang in die lichtempfindliche Schicht des Kopiermaterials ein zusätzlicher externer Referenzstrahl eingeführt wird, und zwar von der der iaserlichtquelle und dem Absorptionshologramm abgewandten Schichtseite her, wobei in der Kopierschicht sowohl ein Transmissions-Phasenhologramm als auch ein Reflexions-Phasenhologramm erzeugt wird.

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