RU2734093C1 - Method for rapid analysis of the dynamic range of the photoresponse of phase holographic material - Google Patents
Method for rapid analysis of the dynamic range of the photoresponse of phase holographic material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734093C1 RU2734093C1 RU2020113048A RU2020113048A RU2734093C1 RU 2734093 C1 RU2734093 C1 RU 2734093C1 RU 2020113048 A RU2020113048 A RU 2020113048A RU 2020113048 A RU2020113048 A RU 2020113048A RU 2734093 C1 RU2734093 C1 RU 2734093C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photoresponse
- phase
- diffraction
- holograms
- hologram
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 16
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001093 holography Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- FOXXZZGDIAQPQI-XKNYDFJKSA-N Asp-Pro-Ser-Ser Chemical compound OC(=O)C[C@H](N)C(=O)N1CCC[C@H]1C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@@H](CO)C(O)=O FOXXZZGDIAQPQI-XKNYDFJKSA-N 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 9H-carbazole Chemical compound C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1 UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000005210 holographic interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 1
- 238000001028 reflection method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам экспериментального определения величины фотоотклика голографического материала и может быть использовано при разработке и исследовании новых материалов для голографии, исследовании кинетики записи голограмм и при отработке режимов их записи, создании голографических оптических элементов и дисплеев, в голографической интерферометрии и дефектоскопии, а также при голографической записи информации.The invention relates to methods for the experimental determination of the magnitude of the photoresponse of a holographic material and can be used in the development and study of new materials for holography, the study of the kinetics of recording holograms and in the development of modes of their recording, the creation of holographic optical elements and displays, in holographic interferometry and flaw detection, as well as in holographic recording of information.
Среди разрабатываемых сегодня голографических материалов можно выделить класс материалов, в которых отсутствует процесс проявления. Фотоотклик в таких голографических материалах формируется непосредственно в процессе записи голограммы, в процессе ее экспозиции, за счет энергии записывающего излучения. Для таких голограмм дифракционная эффективность зависит от величины фотоотклика, и поэтому для достижения максимального или оптимального значения дифракционной эффективности необходимо строго соблюдать меняющуюся величину фототклика, в ряде случаев наблюдать кинетику формирования фотоотклика во времени, поскольку в процессе записи возникают различные варианты взаимодействия между уже частично записанной голограммой и излучением, ее записывающим.Among the holographic materials being developed today, one can single out a class of materials in which there is no development process. The photoresponse in such holographic materials is formed directly during the recording of the hologram, during its exposure, due to the energy of the recording radiation. For such holograms, the diffraction efficiency depends on the magnitude of the photoresponse, and therefore, in order to achieve the maximum or optimal value of the diffraction efficiency, it is necessary to strictly observe the varying magnitude of the photoresponse, in some cases to observe the kinetics of the formation of the photoresponse in time, since during the recording process various variants of interaction arise between the already partially recorded hologram and the radiation that records it.
В ряде голографических материалов голограмма формируется за счет изменений локальных значений показателя преломления, а в других - за счет фотоиндуцированного локального массопереноса, формирующего поверхностный рельеф. В обоих случаях возникают так называемые фазовые голограммы, в которых восстановление записанного изображения происходит за счет дифракции на структуре изменяющей локальные значения фазы (фазовая голограмма). Материалы для фазовых голограмм сегодня активно разрабатываются, а сами голограммы получили большое распространение, поскольку имеют существенно большую, по сравнению с амплитудными голограммами, величину дифракционной эффективности и меньшие потери.In a number of holographic materials, a hologram is formed due to changes in the local values of the refractive index, and in others, due to photoinduced local mass transfer, which forms the surface relief. In both cases, the so-called phase holograms arise, in which the restoration of the recorded image occurs due to diffraction on the structure that changes the local phase values (phase hologram). Materials for phase holograms are being actively developed today, and the holograms themselves have become widespread, since they have a significantly higher diffraction efficiency and lower losses in comparison with amplitude holograms.
Дифракционная эффективность (η) голограмм определяется фазовой модуляцией (Δϕ) голографической среды, возникающей при экспозиции в результате регистрации интерференционной структуры, образованной объектным и опорным пучками. Большие значения диапазона допустимой фазовой модуляции голографического материала Δϕ позволяют записывать множество голограмм на один и тот же участок голографического материала, осуществляя наложенную запись голограмм с разными свойствами. Количество таких наложений может существенным образом изменять применимость, а значит и ценность полученных голограмм. Следовательно, определение величины фотоиндуцированной фазовой модуляции является первичным при определении характеристик голографических сред и голограмм. Ее и следует измерять в качестве величины динамического диапазона фотоотклика (в радианах), а уже по измеренному Δϕ определять вклад конкретных физико-химических механизмов, реализующих формирования фотоотклика либо за счет внутренних изменений характеристик голографической среды, приводящих к возникновению изменения показателя преломления Δn или толщины голографической среды Δh или их вместе взятых.The diffraction efficiency (η) of holograms is determined by the phase modulation (Δϕ) of the holographic medium arising during exposure as a result of recording the interference structure formed by the object and reference beams. Large values of the range of permissible phase modulation of the holographic material Δϕ make it possible to record a plurality of holograms on the same area of the holographic material, performing superimposed recording of holograms with different properties. The number of such overlays can significantly change the applicability, and hence the value of the resulting holograms. Consequently, the determination of the magnitude of the photoinduced phase modulation is primary in determining the characteristics of holographic media and holograms. It should be measured as the value of the dynamic range of the photoresponse (in radians), and already from the measured Δϕ, determine the contribution of specific physicochemical mechanisms that implement the formation of the photoresponse or due to internal changes in the characteristics of the holographic medium, leading to a change in the refractive index Δn or the thickness of the holographic environment Δh or both.
Таким образом, при определении величины динамического диапазона фотоотклика каждого фазового голографического материала главным измеряемым параметром, характеризующим пригодность материала для записи голограмм, является его способность за счет суммы всех фотохимических реакций формировать фотоиндуцированную фазовую модуляцию как фотоиндуцированный фазовый фотоотклик Δϕ.Thus, when determining the value of the dynamic range of the photoresponse of each phase holographic material, the main measured parameter characterizing the suitability of the material for recording holograms is its ability, due to the sum of all photochemical reactions, to form a photoinduced phase modulation as a photoinduced phase photoresponse Δϕ.
Для определения величины динамического диапазона фотоотклика известен способ определения Δϕ по результатам измерения глубины поверхностного рельефа Δh голографической решетки приборами Атомно-силовой микроскопии (АСМ) [1].To determine the magnitude of the dynamic range of the photoresponse, a method is known for determining Δϕ from the results of measuring the depth of the surface relief Δh of a holographic grating using atomic force microscopy (AFM) devices [1].
Недостатком Атомно-силового (АСМ) способа измерений является экранирование пучков, записывающих голограмму, связанное с принципиально разной физикой процессов записи голограмм и процессов измерения их параметров на АСМ и, следовательно, связанное с разными типами оборудования, что не позволяет снимать кинетику изменения фотоотклика непосредственно во время записи. Также, метод АСМ не пригоден для определения фотоотклика объемных голограмм, в которых этот фотоотклик формируется не на поверхности голографического материала, а внутри его объема. Помимо этого латеральное поле зрения АСМ, составляющее до 100 мкм в каждом направлении, сильно ограничивает данный метод для исследования реальных голограмм большего размера или голограмм с неоднородной высотой рельефа по полю голограммы.The disadvantage of the atomic force (AFM) method of measurements is the shielding of beams recording a hologram, associated with fundamentally different physics of the processes of recording holograms and the processes of measuring their parameters on the AFM and, therefore, associated with different types of equipment, which does not allow recording the kinetics of photoresponse changes directly in recording time. Also, the AFM method is not suitable for determining the photoresponse of volumetric holograms, in which this photoresponse is formed not on the surface of the holographic material, but inside its volume. In addition, the lateral AFM field of view, which is up to 100 μm in each direction, severely limits this method for studying real holograms of a larger size or holograms with an inhomogeneous relief height over the hologram field.
Известны рефракционные способы измерения показателя преломления материала в которых, как в рефрактометре Аббе [2], измеряется показатель преломления вещества по величине угла полного внутреннего отражения на границе двух сред, показатель преломления одной из которых известен (вспомогательная призма), а показатель преломления другой среды измеряется.Known refractive methods for measuring the refractive index of a material in which, as in the Abbe refractometer [2], the refractive index of a substance is measured by the angle of total internal reflection at the boundary of two media, the refractive index of one of which is known (auxiliary prism), and the refractive index of the other medium is measured ...
Недостатком данного способа является необходимость прерывания процесса записи голограммы для переноса голографического материала из оптической системы записи голограмм в оптическую систему измерения показателя преломления, а также необходимость использования иммерсионных жидкостей при измерении, что нарушает условия продолжения записи голограммы. К тому же, при измерении границы углов полного внутреннего отражения, дифракция на структуре голограммы дает рассеяние, которое увеличивает шумы и уменьшает точность измерения. Также, этот способ не определяет величину поверхностного рельефа тонких фазовых голограмм.The disadvantage of this method is the need to interrupt the hologram recording process to transfer the holographic material from the optical hologram recording system to the optical refractive index measurement system, as well as the need to use immersion liquids when measuring, which violates the conditions for continuing the hologram recording. In addition, when measuring the boundary of the angles of total internal reflection, diffraction on the structure of the hologram gives scattering, which increases noise and decreases the measurement accuracy. Also, this method does not determine the magnitude of the surface relief of thin phase holograms.
Известен способ измерения изменения показателя преломления, представляющие собой совмещение микроскопа и интерферометра, как в интерференционном микроскопе Линника МИИ-4. В приборах этого типа по величине искривления интерференционных полос определяется изменение локального фазового набега волнового фронта, прошедшего через исследуемую среду [3]. По его величине либо высчитывается высота рельефа, в том числе голографического, в предположении одинаковых значений показателя преломления в пределах исследуемого поля объекта, либо изменение среднего по локальному участку показателя преломления внутри исследуемого материала в предположении одинаковых значений толщины в пределах исследуемого поля объекта. Последнее дает возможность вычислять фотоиндуцированное изменение показателя преломления при записи объемных голограмм.A known method for measuring the change in the refractive index, which is a combination of a microscope and an interferometer, as in the interference microscope Linnik MII-4. In devices of this type, by the magnitude of the curvature of the interference fringes, the change in the local phase incursion of the wavefront that has passed through the medium under study is determined [3]. By its magnitude, either the height of the relief, including the holographic one, is calculated, assuming the same values of the refractive index within the studied field of the object, or the change in the refractive index averaged over the local area within the material under study, assuming the same thickness values within the studied field of the object. The latter makes it possible to calculate the photoinduced change in the refractive index when recording volumetric holograms.
Большим препятствием для точных интерференционных измерений кинетики записи голограмм также является возможное изменение показателя преломления и в области формирования интерференционной голографической решетки за счет процессов массопереноса в область пучностей интерференционной решетки, и за счет изменений среднего показателя преломления в силу фотоиндуцированного изменения химического состава вещества по его объему во время экспозиции голографического материала.A big obstacle for accurate interference measurements of the hologram recording kinetics is also a possible change in the refractive index in the region of the formation of an interference holographic grating due to mass transfer processes to the antinode region of the interference grating, and due to changes in the average refractive index due to a photoinduced change in the chemical composition of a substance over its volume in exposure time of the holographic material.
Также недостатком обоих, и рефракционного, и интерференционного, способов измерения фотоотклика является имманентно присущее обоим типам измерения определение суммарных значений как самого показателя преломления вещества, так и добавляющегося к нему фотоиндуцированного изменения показателя преломления Δn для объемных голограмм и суммарных значений толщины материала h с добавляющемуся к нему рельефу Δh, что при большой разнице в значениях n и Δn и, соответственно h и Δh приводит к увеличению ошибок измерения Δn и Δh, а в случаях наличия градиента n и h по полю голограммы и к ошибкам, сравнимым с этим градиентом.Also, the disadvantage of both refractive and interference methods for measuring the photoresponse is the determination of the total values of both the refractive index of the substance itself and the photoinduced change in the refractive index Δn for volume holograms and the total values of the thickness of the material h with added to its relief Δh, which, with a large difference in the values of n and Δn and, accordingly, h and Δh, leads to an increase in measurement errors Δn and Δh, and in cases of the presence of a gradient n and h over the hologram field and to errors comparable to this gradient.
В ряде голографических материалов в соответствии с моделью дифракции Брэгга [Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая гелография. - М.: Мир, 1973. - С. 279] возникновение фототклика Δn может проявляться также и в фотоиндуцированном изменении среднего значения показателя преломления n самого материала. В других материалах возникновение фототклика может проявляться в изменении локальных значений толщины h при изменении поверхностного рельефа Δh за счет массопереноса. Такие голограммы хорошо описываются в модели дифракции Рамана-Ната [Raman, C.V. The diffraction of light by high frequency sound waves: Part I. / Raman, C.V., Nagendra Nathe, N.S. // Proc. Indian Acad. Sci. (Math. Sci.) - 1935. - Vol. 2. - No. 4. - PP. 406-412].In a number of holographic materials in accordance with the Bragg diffraction model [Collier R., Burkhart K., Lin L. Optical helography. - M .: Mir, 1973. - P. 279] the appearance of the photoresponse Δn can also manifest itself in a photoinduced change in the average value of the refractive index n of the material itself. In other materials, the appearance of a photoresponse can manifest itself in a change in the local values of the thickness h with a change in the surface relief Δh due to mass transfer. Such holograms are well described in the Raman-Nath diffraction model [Raman, C.V. The diffraction of light by high frequency sound waves: Part I. / Raman, C.V., Nagendra Nathe, N.S. // Proc. Indian Acad. Sci. (Math. Sci.) - 1935. - Vol. 2. - No. 4. - PP. 406-412].
Возможны и комбинированные случаи формирования сразу двух или более механизмов фотоотклика [Малов А.Н. Гелографические регистрирующие среды на основе дихромированного желатина: супрамолекулярный дизайн и динамика записи. / А.Н. Малов, А.В. Неупокоева. - Иркутск: Иркутское высшее военное авиационное училище, 2006. - 347 с.].Combined cases of formation of two or more photoresponse mechanisms at once are also possible [Malov A.N. Dichromated gelatin based helographic recording media: supramolecular design and recording dynamics. / A.N. Malov, A.V. Neupokoeva. - Irkutsk: Irkutsk Higher Military Aviation School, 2006. - 347 p.].
Таким образом, интерференционные методы измерения фотоотклика без сложных дополнительных методов коррекции на основе параллельных измерений изменения средней толщины голографического материала и (или) изменений его среднего показателя преломления могут оказаться просто недостоверными. Кроме того, как в рефракционном, так и в интерференционном способе требуется дополнительная подсветка, которую бывает сложно ввести и особенно сложно учесть ее влияние на возникающий за счет экспозиции измеряемый фотоотклик голографического материала.Thus, interference methods for measuring the photoresponse without complex additional methods of correction based on parallel measurements of changes in the average thickness of the holographic material and (or) changes in its average refractive index may be simply unreliable. In addition, both in the refractive and in the interference method, additional illumination is required, which can be difficult to introduce and it is especially difficult to take into account its effect on the measured photoresponse of the holographic material arising due to exposure.
Поэтому рефракционным и интерференционным методами трудно, а зачастую и просто невозможно снимать кинетику формирования фотоотклика голограммы непосредственно в процессе ее записи.Therefore, it is difficult, and often simply impossible, to record the kinetics of the formation of the photoresponse of a hologram directly in the process of its recording using refractive and interference methods.
В качестве прототипа выбран интерференционный способ измерения [4], развитый в серии профилометров, один из которых представлен прибором MicroXAM, фирмы Intertekh Corporation, как способ, наиболее близкий по своей физической сущности, поскольку дифракция, согласно принципу Гюйгенса, есть интерференция ограниченных волн, или интерференция вторичных волн. И поэтому интерференционный способ наиболее удобен для совмещения двух оптических схем - записи голограммы и измерения фотоотклика голографического материала в процессе записи.The interference measurement method [4], developed in a series of profilometers, one of which is represented by a MicroXAM device from Intertekh Corporation, was chosen as a prototype, as a method that is closest in its physical essence, since diffraction, according to Huygens' principle, is the interference of limited waves, or interference of secondary waves. Therefore, the interference method is most convenient for combining two optical schemes - recording a hologram and measuring the photoresponse of a holographic material during the recording process.
Недостатками указанного способа является необходимость совмещать дополнительную оптико-механическую интерференционную систему с оптико-механической системой записи голограмм, а также необходимость учета возможных изменений среднего показателя преломления исходного голографического материала объемных фазовых голограмм и возможных изменений средней толщины материала голограмм с поверхностным рельефом во время фотохимической реакции записи.The disadvantages of this method are the need to combine an additional optical-mechanical interference system with an optical-mechanical system for recording holograms, as well as the need to take into account possible changes in the average refractive index of the initial holographic material of volumetric phase holograms and possible changes in the average thickness of the material of holograms with surface relief during the photochemical recording reaction ...
Задачей, решаемой предлагаемым способом является использование самого процесса регистрации голограммы для измерения величины фотоотклика голографического материала и регистрации кинетики его формирования при записи голограмм (Рис. 1).The problem solved by the proposed method is to use the hologram registration process itself to measure the magnitude of the photoresponse of the holographic material and register the kinetics of its formation when recording holograms (Fig. 1).
Технический результат, который может быть получен при выполнении заявленного способа - измерение величины фотоотклика голографического материала и кинетики его формирования, как непосредственно в процессе записи голограмм, так и при поэтапном формировании голограмм экспозициями разной длительности, с автоматическим учетом влияния на величину фотоотклика физико-химических процессов, участвующих в его формировании и с автоматической компенсацией всех неоднородностей показателя преломления вещества исходного голографического материала по полю записываемой голограммы и во время ее записи, а также неоднородностей поверхности этого материала как по пространству голограммы, так и по времени в процессе записи.The technical result that can be obtained by performing the claimed method is measuring the magnitude of the photoresponse of the holographic material and the kinetics of its formation, both directly during the recording of holograms and in the step-by-step formation of holograms by exposures of different duration, with automatic account of the effect on the magnitude of the photoresponse of physical and chemical processes participating in its formation and with automatic compensation of all inhomogeneities in the refractive index of the material of the original holographic material over the field of the recorded hologram and during its recording, as well as inhomogeneities of the surface of this material both in the space of the hologram and in time during the recording process.
Поставленная задача решается тем, что согласно изобретению способ измерения динамического диапазона фотоотклика голографического фазового материала основывается на использовании гауссовой формы записывающего излучения, приводящей к неоднородности величины локальной дифракционной эффективности по полю голограммы (Рис. 2), и осциллирующей от центра к периферии (Рис. 3) в первом η1 и в нулевом η0 дифракционных порядках объемной голограммы согласно (1) и (2) соответственно [Goodman, Joseph W. Introduction to Fourier Optics, 2nd Edition // New York: VcGraw-Hill, - 1996. - p. 340]The problem is solved by the fact that according to the invention the method for measuring the dynamic range of the photoresponse of a holographic phase material is based on the use of a Gaussian form of recording radiation, which leads to inhomogeneity of the local diffraction efficiency over the hologram field (Fig. 2), and oscillates from the center to the periphery (Fig. 3) ) in the first η 1 and in zero η 0 diffraction orders of the volume hologram according to (1) and (2), respectively [Goodman, Joseph W. Introduction to Fourier Optics, 2nd Edition // New York: VcGraw-Hill, - 1996. - p ... 340]
где Δϕ - величина фазовой модуляции среды, определяемой фотоиндуцированным изменением показателя преломления Δn вещества голографического материала в результате экспозиции, равной (3) [Goodman, Joseph W. Introduction to Fourier Optics, 2nd Edition // New York: McGraw-Hill, - 1996. - p. 340]:where Δϕ is the value of the phase modulation of the medium determined by the photoinduced change in the refractive index Δn of the substance of the holographic material as a result of exposure equal to (3) [Goodman, Joseph W. Introduction to Fourier Optics, 2nd Edition // New York: McGraw-Hill, - 1996. - p. 340]:
здесь Т - толщина голографического материала, λ - длина волны считывающего излучения; θ - угол падения считывающего излучения (угол Брэгга);here T is the thickness of the holographic material, λ is the wavelength of the readout radiation; θ is the angle of incidence of the readout radiation (Bragg angle);
или согласно (4) [Goodman, Joseph W. Introduction to Fourier Optics, 2nd Edition // New York: McGraw-Hill, - 1996. - p. 82]or according to (4) [Goodman, Joseph W. Introduction to Fourier Optics, 2nd Edition // New York: McGraw-Hill, - 1996. - p. 82]
для плоских голограмм, где m - порядок дифракции, Jm - функция Бесселя m-порядка, Δϕ величина фазовой модуляции среды, определяемой изменением глубины поверхностного рельефа Δh синусоидальной голографической решетки. В случае пропускания излучения через решетку величина фазовой модуляции на поверхностном рельефе принимает вид (5) [Meshalkin, A. Carbazole-based azopolymers as media for polarization holographic recording. / Meshalkin, A., Losmanschii, C., Prisacar, A., Achimova, E., Adashkin, V., Pogrebnoi, S., Macaev, F. // Advanced Physical Research. - 2019. Vol. 1. - No. 2. - PP. 86-98]for plane holograms, where m is the diffraction order, J m is the m-order Bessel function, Δϕ is the value of the phase modulation of the medium, determined by the change in the depth of the surface relief Δh of the sinusoidal holographic grating. In the case of transmission of radiation through the grating, the phase modulation on the surface relief takes the form (5) [Meshalkin, A. Carbazole-based azopolymers as media for polarization holographic recording. / Meshalkin, A., Losmanschii, C., Prisacar, A., Achimova, E., Adashkin, V., Pogrebnoi, S., Macaev, F. // Advanced Physical Research. - 2019. Vol. 1. - No. 2. - PP. 86-98]
где n - средний показатель преломления голографического материала, λ - длина волны считывающего излучения; θ - угол падения считывающего излучения.where n is the average refractive index of the holographic material, λ is the wavelength of the readout radiation; θ is the angle of incidence of the readout radiation.
В случае отражения от рельефной решетки фазовый фронт отраженной волны получает пространственную фазовую модуляцию с глубиной, равной (6) [Комоцкий, В.А. Новые оптоэлектронные схемы, построенные на основе рельефных отражающих дифракционных структур с прямоугольным профилем. / Комоцкий, В.А.; Соколов, Ю.М.; Суетин Н.В. // Фотоника. - 2019. - Т. 13. - №4. - С. 392-404]In the case of reflection from a relief grating, the phase front of the reflected wave receives spatial phase modulation with a depth equal to (6) [Komotsky, V.A. New optoelectronic circuits based on relief reflective diffraction structures with a rectangular profile. / Komotsky, V.A .; Sokolov, Yu.M .; Suetin N.V. // Photonics. - 2019. - T. 13. - No. 4. - S. 392-404]
где λ - длина волны считывающего излучения; θ - угол падения считывающего излучения.where λ is the wavelength of the readout radiation; θ is the angle of incidence of the readout radiation.
Таким образом, в дифракционной картине образуется структура, состоящая из чередующихся темных и светлых колец, по количеству которых определяется величина фазового фотоотклика материала. Данная структурированность дифракционной картины порождается эффектом формфактора голограммы, т.е. фактора формы записывающих голограмму пучков и фактора формы записанной ими голограммы [Шойдин С.А. Требования к лазерному излучению и формфактор голограмм // Оптический журнал. - 2016. - Т. 83. - №5. - С. 65-75.]. На рис. 4. представлена зависимость дифракционной эффективности первого и нулевого порядков от фазовой модуляции объемной решетки Δϕ. Образование темных колец голограммы в первом и нулевом порядках дифракции обуславливается достижением нулевой эффективности, что соответствует корням уравнения (1) и (2) при η=0. Зависимость величины фазовой модуляции Δϕ от количества образованных темных колец N была аппроксимирована линейной функцией Δϕ(N), показанной на рис. 5 так, что она равна (7) и (8) для первого и нулевого порядка соответственно:Thus, a structure is formed in the diffraction pattern, consisting of alternating dark and light rings, the number of which determines the magnitude of the phase photoresponse of the material. This structuredness of the diffraction pattern is generated by the hologram form factor effect, i.e. the form factor of the beams recording the hologram and the form factor of the hologram recorded by them [Shoydin S.А. Requirements for laser radiation and the form factor of holograms // Optical journal. - 2016. - T. 83. - No. 5. - S. 65-75.]. In fig. 4. shows the dependence of the diffraction efficiency of the first and zero orders on the phase modulation of the bulk grating Δϕ. The formation of dark rings of the hologram in the first and zero diffraction orders is caused by the achievement of zero efficiency, which corresponds to the roots of Eqs. (1) and (2) at η = 0. The dependence of the value of the phase modulation Δϕ on the number of formed dark rings N was approximated by the linear function Δϕ (N) shown in Fig. 5 so that it is equal to (7) and (8) for the first and zero order, respectively:
Величина динамического диапазона фототклика, а именно величина динамического диапазона фотоиндуцированного Δn, определяется далее из (9) при появлении N темных колец и прекращении появления новых колец.The value of the dynamic range of the photoresponse, namely the value of the dynamic range of the photoinduced Δn, is determined further from (9) when N dark rings appear and the appearance of new rings stops.
Следует отметить, что изменение по разным причинам среднего показателя преломления n голографической среды не влияет на величину вычисляемого значения Δn (9), поскольку в предлагаемом способе все изменения среднего показателя преломления и автоматически компенсируются (отсутствуют в (9)), и не влияют на вычисляемый параметр формируемого фотоотклика Δn. В (9) вычисления идут от экспериментально определяемых по (7) или (8) значений ΔϕN к вычислению величины Δn минуя значения среднего значения показателя преломления n голографического материала.It should be noted that the change for various reasons in the average refractive index n of the holographic medium does not affect the value of the calculated value Δn (9), since in the proposed method all changes in the average refractive index are automatically compensated (absent in (9)), and do not affect the calculated value. parameter of the generated photoresponse Δn. In (9), the calculations go from the values of Δϕ N experimentally determined by (7) or (8) to the calculation of the value of Δn bypassing the mean value of the refractive index n of the holographic material.
Для плоских голограмм образование темных колец происходит согласно зависимости (4), построенной на рис. 6, по которой были определены корни функции ηm=J2 m(ΔϕN/2)=0 для первых пяти и нулевого порядков дифракции. Зависимость величины фазовой модуляции Δϕ от количества образованных темных колец N была аппроксимирована линейной функцией Δϕ(N), показанная на рис. 7, для каждого дифракционного порядка и, например, равная (10) для нулевого и (11) для первого:For flat holograms, the formation of dark rings occurs according to dependence (4) plotted in Fig. 6, from which the roots of the function η m = J 2 m (Δϕ N / 2) = 0 were determined for the first five and zero diffraction orders. The dependence of the phase modulation value Δϕ on the number of formed dark rings N was approximated by the linear function Δϕ (N) shown in Fig. 7, for each diffraction order and, for example, equal to (10) for zero and (11) for the first:
и для корня любого m порядка из уравнения (4) при η=0 соответственно.and for a root of any m order from equation (4) at η = 0, respectively.
Исходя из найденного значения ΔϕN вычисляется величина глубины поверхностного рельефа Δh плоской голограммы по (12) или (13) в случае измерения на пропускание или отражения соответственноBased on the found value of Δϕ N , the depth of the surface relief Δh of a flat hologram is calculated according to (12) or (13) in the case of measurement for transmission or reflection, respectively
Следует отметить, что изменение по разным причинам средней толщины h голографической среды не влияет на величину вычисляемого значения Δh в (5) или (6), т.е. в предлагаемом способе величина h отсутствует, значит все изменения средней толщины h автоматически компенсируются и не влияют на вычисляемый параметр формируемого фотоотклика Δh. Вычисление Δh идет от экспериментально определяемого ΔϕN, минуя значения среднего h голографического материала, и поэтому неважно, как меняется среднее h во времени и по пространству голограммы.It should be noted that the change, for various reasons, of the average thickness h of the holographic medium does not affect the value of the calculated value of Δh in (5) or (6), i.e. In the proposed method, the value of h is absent, which means that all changes in the average thickness h are automatically compensated and do not affect the calculated parameter of the generated photoresponse Δh. The calculation of Δh proceeds from the experimentally determined Δϕ N , bypassing the values of the average h of the holographic material, and therefore it does not matter how the average h changes in time and in space of the hologram.
Запись голограммы гауссовыми пучками проводится до тех пор, пока количество колец (N) не перестанет увеличиваться с увеличением экспозиции или пока не будет ограничена сама экспозиция голограммы, определяя тем самым максимальное значениеThe hologram is recorded with Gaussian beams until the number of rings (N) ceases to increase with increasing exposure, or until the exposure of the hologram itself is limited, thereby determining the maximum value
Величина динамического диапазона фотоотклика голографического материала, как для плоских, так и для объемных голограмм, определяется из максимального значения max(Δϕ) (14), соответствующего максимальному количеству колец с провалами в них локальной величины дифракционной эффективности практически до нулевых значений. Дифракционные картины плоской решетки (дифракция Рамана-Ната), записанные с помощью гауссовых пучков, могут быть смоделированы согласно (4). Экспериментальные (а, в) и смоделированные (б, г) дифракционные картины первых семи порядков дифракции (m=0-6) плоской решетки при записи гауссовыми пучками показаны на рис. 8.The value of the dynamic range of the photoresponse of the holographic material, both for plane and volumetric holograms, is determined from the maximum value max (Δϕ) (14) corresponding to the maximum number of rings with dips in them of the local value of the diffraction efficiency almost to zero values. Diffraction patterns of a flat grating (Raman-Nath diffraction), recorded using Gaussian beams, can be modeled according to (4). Experimental (a, c) and simulated (b, d) diffraction patterns of the first seven diffraction orders (m = 0-6) of a flat grating when writing with Gaussian beams are shown in Fig. 8.
Для определения динамического диапазона фототклика голографического материала или для увеличения точности расчета может аналогичным описанному выше способу использоваться анализ дифракционной картины с подсчетом наблюдаемых темных колец (NS) во всех наблюдаемых порядках дифракции, следующих за нулевым и первым порядками. На рис. 9 построена зависимость величины фазового фотоотклика Δϕ от количества формируемых колец NS во всех положительных, включая нулевой, порядках дифракции для объемной и плоской решеток. Как видно, данные зависимости могут быть хорошо аппроксимированы линейной функцией (16) для объемной решетки, и степенной функцией (17) для плоской решеткиTo determine the dynamic range of the photoresponse of the holographic material or to increase the accuracy of the calculation, an analysis of the diffraction pattern with counting the observed dark rings (N S ) in all observed diffraction orders following the zero and first orders can be used similar to the method described above. In fig. 9, the dependence of the phase photoresponse Δϕ on the number of formed rings N S is plotted in all positive, including zero, diffraction orders for bulk and planar gratings. As can be seen, these dependences can be well approximated by a linear function (16) for a bulk lattice, and a power function (17) for a flat lattice
где NS - это количество темных колец во всех порядках дифракции. Причем для случая плоских решеток NS суммируется во всех наблюдаемых положительных, включая нулевой, либо во всех наблюдаемых отрицательных, включая нулевой, порядках дифракции.where N S is the number of dark rings in all diffraction orders. Moreover, for the case of plane gratings, N S is summed up in all observed positive, including zero, or in all observed negative, including zero, diffraction orders.
Изобретение описывается следующими рисунками:The invention is described in the following figures:
• Рис. 1. Голографическая схема записи элементарных голограмм - голографических решеток лучами с гауссовым распределением интенсивности. DPSS laser - одномодовый (ТЕМ00) твердотельный лазер с диодной накачкой, BS - поляризационный светоделительный кубик, М - зеркала, m1 и m2 - модуляторы для временного перекрытия пучков при анализе дифракционной картины, S - регистрирующая голографическая среда, Э - экран, m=0 и m=1 - наблюдаемая на экране дифракционная картина нулевого и первого порядков при перекрытии m2 модулятора.• Fig. 1. A holographic scheme for recording elementary holograms - holographic gratings by beams with a Gaussian intensity distribution. DPSS laser - diode-pumped single-mode (TEM00) solid-state laser, BS - polarization beam splitting cube, M - mirrors, m 1 and m 2 - modulators for temporal overlapping of beams in the analysis of the diffraction pattern, S - holographic recording medium, E - screen, m = 0 and m = 1 - the diffraction pattern of the zero and first orders observed on the screen when the m 2 modulator overlaps.
• Рис. 2. Влияние формы записывающих голограмму пучков 1 и 2 на локальные по полю голограммы значения фазовой модуляции, определяющие при заданной экспозиции локальные значения дифракционной эффективности голограммы: а)- экспозиция равномерными по полю голограммы пучками, б)- экспозиция неравномерными по полю голограммы пучками (гауссовой формы).• Fig. 2. Influence of the shape of the
• Рис. 3. Рассчитанная для объемной фазовой голограммы дифракционная эффективность первого порядка объемной решетки, возрастающей от (а) к (в) с ростом экспозиции. Дифракционная эффективность голограммы, формируемой гауссовыми пучками, растет быстрее в центре голограммы и, когда в центре достигается максимум, далее следует снижение, в то время как по краям голограммы дифракционная эффективность еще только подтягивается к максимуму. Затем дифракционная эффективность «проваливается» до нуля в центре, и снова растет и так осциллирует с ростом Δϕ согласно формуле (1).• Fig. 3. The diffraction efficiency of the first order of the volume grating calculated for a volume phase hologram, which increases from (a) to (c) with increasing exposure. The diffraction efficiency of a hologram formed by Gaussian beams grows faster in the center of the hologram and, when a maximum is reached in the center, then a decrease follows, while at the edges of the hologram the diffraction efficiency is still only being pulled up to a maximum. Then the diffraction efficiency “falls through” to zero in the center, and grows again, and so it oscillates with increasing Δϕ according to formula (1).
• Рис. 4. Зависимость дифракционной эффективности первого и нулевого порядка объемной решетки от фазовой модуляции Δϕ.• Fig. 4. Dependence of the diffraction efficiency of the first and zero order of the bulk grating on the phase modulation Δϕ.
• Рис. 5. Зависимость величины фазовой модуляции Δϕ от количества образованных темных колец N с аппроксимированной линейной функцией Δϕ(N) для первого и нулевого порядка объемной и плоской голограмм.• Fig. 5. Dependence of the value of the phase modulation Δϕ on the number of formed dark rings N with an approximated linear function Δϕ (N) for the first and zero order of the volume and planar holograms.
• Рис. 6. Зависимость дифракционной эффективности первых шести порядков дифракции (m=0-5) плоской голограммы от фазовой модуляции Δϕ.• Fig. 6. Dependence of the diffraction efficiency of the first six orders of diffraction (m = 0-5) of a plane hologram on the phase modulation Δϕ.
• Рис. 7. Зависимость величины фазовой модуляции Δϕ от количества образованных темных колец N с аппроксимированными линейными функциями Δϕ(N) для первых 15 порядков плоской голограммы.• Fig. 7. Dependence of the value of phase modulation Δϕ on the number of formed dark rings N with approximated linear functions Δϕ (N) for the first 15 orders of the plane hologram.
• Рис. 8. Экспериментальные (а, в) и смоделированные (б, г) дифракционные картины первых семи порядков дифракции (m=0-6) плоских голограмм (дифракция Рамана-Ната), записанных гауссовыми пучками: а - экспериментально восстановленная на отражение лазером на длине волны 405 нм записанной тонкой решетки с глубиной фазовой модуляции maxΔϕ≈10 радиан, б - численно смоделированная по формуле (3) для тонкой решетки при фазовой модуляции maxΔϕ≈10 радиан. в - экспериментально восстановленная на пропускание лазером на длине волны 650 нм тонкой решетки с глубиной фазовой модуляции maxΔϕ≈7 радиан. г - численно смоделированная по формуле (3) для тонкой решетки при фазовой модуляции maxΔϕ≈7 радиан.• Fig. 8. Experimental (a, c) and simulated (b, d) diffraction patterns of the first seven orders of diffraction (m = 0-6) of plane holograms (Raman-Nath diffraction) recorded by Gaussian beams: a - experimentally reconstructed by laser reflection at length wave of 405 nm of a recorded thin grating with a phase modulation depth of maxΔϕ≈10 radians, b - numerically simulated by formula (3) for a thin grating with phase modulation maxΔϕ≈10 radians. c - experimentally reconstructed for transmission by a laser at a wavelength of 650 nm of a thin grating with a phase modulation depth of maxΔϕ≈7 radians. d - numerically modeled by formula (3) for a thin lattice with phase modulation maxΔϕ≈7 radians.
• Рис. 9. Зависимость величины фазовой модуляции Δϕ от количества формируемых колец NS во всех порядках дифракции для объемной и плоской голограмм.• Fig. 9. Dependence of the value of the phase modulation Δϕ on the number of formed rings N S in all orders of diffraction for volume and planar holograms.
• Рис. 10. а - Голографическая схема записи и исследования элементарных голограмм - голографических решеток, записываемых лучами с гауссовым распределением интенсивности. DPSS laser - одномодовый (ТЕМ00) твердотельный лазер с диодной накачкой, BS - поляризационный светоделительный кубик, М - зеркала, m1 и m2 - модуляторы для временного перекрытия пучков при анализе дифракционной картины, LD - лазерный диод с длиной волны в области прозрачности регистрирующей среды (650 нм), S - регистрирующая голографическая среда, Э - экран, m=-2, -1, 0, 1, 2 - восстанавливаемая на экране дифракционная картина m-порядков с помощью лазерного диода при перекрытии лучей записи; б - дифракционная картина гауссовой решетки на пропускание с наблюдаемыми 8 порядками дифракции (m=0÷-7).• Fig. 10. a - Holographic scheme for recording and studying elementary holograms - holographic gratings recorded by beams with a Gaussian intensity distribution. DPSS laser is a single-mode (TEM00) solid-state laser with diode pumping, BS is a polarization beam splitting cube, M are mirrors, m 1 and m 2 are modulators for temporal overlapping of beams when analyzing a diffraction pattern, LD is a laser diode with a wavelength in the transparency region of the recording medium (650 nm), S - recording holographic medium, E - screen, m = -2, -1, 0, 1, 2 - diffraction pattern of m-orders reconstructed on the screen using a laser diode with overlapping recording beams; b - diffraction pattern of a Gaussian grating for transmission with observed 8 orders of diffraction (m = 0 ÷ -7).
• Рис. 11. Фотография нулевого порядка дифракции записанной тонкой решетки на пропускание (на длине волны 650 нм).• Fig. 11. Photograph of the zero-order diffraction of the recorded thin grating for transmission (at a wavelength of 650 nm).
• Рис. 12. Профили поверхностного рельефа, измеренные с помощью атомно-силового микроскопа на различных участках голограммы (от края до середины).• Fig. 12. Profiles of the surface relief measured with an atomic force microscope at different parts of the hologram (from the edge to the middle).
• Рис. 13. Топография и профиль поверхностного рельефа участка в центре решетки, а также фотография образца с записанной решеткой.• Fig. 13. Topography and profile of the surface relief of the area in the center of the grating, as well as a photograph of the sample with the recorded grating.
Пример реализации способаAn example of the implementation of the method
Предложенный способ исследовали для величины фазовой модуляции голографической среды на базе халькогенидных стеклообразных полупроводников. Многослойная структура As2S3-Se толщиной 2,4 мкм, нанесенная на стеклянную подложку методом термического испарения в вакууме, была проэкспонирована интерференционной картиной по схеме, показанной на рисунке 10а. Голографическая запись элементарной голограммы-решетки с частотой 200 л/мм (плоская голограмма) велась нерасширенными лучами (диаметром 2 мм) с гауссовым распределением интенсивности DPSS лазера на длине волны 532 нм, мощностью 100 мВт. Дифракционная картина проецировалась в режиме пропускания на экран с помощью лазерной указки на длине волны 650 нм, мощностью 5 мВт, как показано на рисунке 10б, при перекрытии записывающих лучей с помощью управляемых модуляторов m1 и m2. Фотографирование дифракционной картины с экрана осуществляли с помощью цифровой фотокамеры Canon EOS 350D. На рисунке 11 приведена дифракционная картина нулевого порядка после 60 минут экспонирования. Как видно из рисунка 11, количество темных полос в нулевом порядке дифракции равнялось N=3. Фазовую модуляцию по количеству колец определили по формуле (10)The proposed method was investigated for the magnitude of the phase modulation of a holographic medium based on chalcogenide glassy semiconductors. A multilayer As 2 S 3 -Se structure with a thickness of 2.4 μm, deposited on a glass substrate by thermal evaporation in vacuum, was exposed by an interference pattern according to the scheme shown in Fig. 10a. The holographic recording of an elementary hologram-grating with a frequency of 200 L / mm (flat hologram) was carried out by unexpanded beams (2 mm in diameter) with a Gaussian intensity distribution of a DPSS laser at a wavelength of 532 nm and a power of 100 mW. The diffraction pattern was projected in transmission mode onto a screen using a laser pointer at a wavelength of 650 nm, a power of 5 mW, as shown in Fig. 10b, with overlapping recording beams using controlled modulators m 1 and m 2 . The diffraction pattern from the screen was photographed using a Canon EOS 350D digital camera. Figure 11 shows the zero-order diffraction pattern after 60 minutes of exposure. As can be seen from Fig. 11, the number of dark fringes in the zero diffraction order was equal to N = 3. Phase modulation by the number of rings was determined by the formula (10)
Δϕ(рад)=2πN-π/2, где N - количество колец.Δϕ (rad) = 2πN-π / 2, where N is the number of rings.
Подставляя количество наблюдаемых колец в формулу, получили величину фазовой модуляции решетки, равную Δϕ=17,27 радиан.Substituting the number of observed rings in the formula, the lattice phase modulation value was obtained equal to Δϕ = 17.27 radians.
Определив величину фазовой модуляции оценили величину фотоотклика, а именно глубину поверхностного рельефа, согласно формулам (5), (10) и (13). В таблице показаны зависимости величин фазовой модуляции для методов измерения на пропускание или отражения.Having determined the magnitude of the phase modulation, we estimated the magnitude of the photoresponse, namely the depth of the surface relief, according to formulas (5), (10), and (13). The table shows the dependencies of the phase modulation values for the transmission or reflection methods.
где λ - длина волны считывающего луча, n - показатель преломления материала, Δh - глубина поверхностного рельефа, N - количество наблюдаемых полос в нулевом порядке дифракции, θ - угол падения считывающего излучения.where λ is the wavelength of the readout beam, n is the refractive index of the material, Δh is the depth of the surface relief, N is the number of observed fringes in the zero diffraction order, θ is the angle of incidence of the readout radiation.
Подставив экспериментальные значения длины волны считывающего излучения, λ=650 нм, показателя преломления многослойной структуры As2S3-Se на длине волны 650 нм n=2.50, угол падения считывающего излучения θ=0° и количество наблюдаемых колец в исследуемом дифракционном порядке N=3, нашли значение глубины поверхностного рельефа записанной голограммы, равной Δh=1192 нм.Substituting the experimental values of the wavelength of the readout radiation, λ = 650 nm, the refractive index of the As 2 S 3 -Se multilayer structure at a wavelength of 650 nm n = 2.50, the angle of incidence of the readout radiation θ = 0 °, and the number of observed rings in the studied diffraction order N = 3, we found the depth of the surface relief of the recorded hologram equal to Δh = 1192 nm.
Для верификации данного метода глубина поверхностного рельефа данной решетки была измерена независимым методом, а именно с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ микроскоп NT-MDT). Измерение поверхностного рельефа измеряли на различных участках вдоль решетки (от края до середины), как показано на рис. 12. Размер области сканирования составил 25×25 мкм. На рис. 12. показы профили поверхности в различных областях сканирования.To verify this method, the depth of the surface relief of this grating was measured by an independent method, namely, using atomic force microscopy (AFM microscope NT-MDT). The measurement of the surface relief was measured at various sites along the grating (from the edge to the middle), as shown in Fig. 12. The size of the scanning area was 25 × 25 µm. In fig. 12. Displays surface profiles in different scan areas.
Как видно, глубина профиля решетки увеличивается от края к центру решетки, в центре глубина поверхностного рельефа составила ΔhACM=1255 нмAs can be seen, the depth of the grating profile increases from the edge to the center of the grating; in the center, the depth of the surface relief was Δh ACM = 1255 nm
На рис. 13 показана топография поверхностного рельефа и профиль поверхности участка в центре решетки, а также фотография образца с записанной решеткой.In fig. 13 shows the topography of the surface relief and the surface profile of the region at the center of the grating, as well as a photograph of the sample with the recorded grating.
Разница значений рассчитанной глубины поверхностного рельефа с помощью предлагаемого способа (Δh=1192 нм) и измеренной экспериментально независимым методом, с помощью АСМ микроскопии, (ΔhACM=1255 нм) находится в пределах 5% отклонения. Данное соответствие можно признать достаточным для практических применений и для экспресс-анализа величины фазового фотоотклика голографического материала с неопределенностью менее 5%.The difference in the values of the calculated depth of the surface relief using the proposed method (Δh = 1192 nm) and measured by an experimentally independent method using AFM microscopy (Δh ACM = 1255 nm) is within 5% deviation. This correspondence can be considered sufficient for practical applications and for express analysis of the magnitude of the phase photoresponse of a holographic material with an uncertainty of less than 5%.
Наиболее существенное преимущество заявляемого метода заключается в возможности определения величины фазового фотоотклика всей голограммы одновременно, в то время как популярный метод атомно-силовой микроскопии, хоть и является достаточно точным, но может однократно проанализировать только участок голограммы до 100 мкм в каждом направлении.The most significant advantage of the proposed method lies in the ability to determine the magnitude of the phase photoresponse of the entire hologram at the same time, while the popular method of atomic force microscopy, although it is quite accurate, can only analyze a portion of the hologram up to 100 μm in each direction once.
Таким образом, решена задача по разработке способа измерения фазового фотоотклика регистрирующей голографической среды путем анализа структурированной дифракционной картины, состоящей из чередующихся темных и светлых колец картины дифракции записываемой голограммы, по количеству которых и определяется искомая величина. Данный способ имеет важное преимущество по сравнению с прототипом, заключающееся в том, что анализ дифракционных картин позволяет осуществлять измерение фазовой модуляции "in-situ", т.е. в режиме реального времени записи голограммы, и охватывает всю исследуемую голограмму одновременно (full-field measurement). Помимо этого, предлагаемый способ является простым по сравнению с другими способами определения фазового фотоотклика, не требующий ничего кроме экрана для наблюдения дифракционной картины.Thus, the problem of developing a method for measuring the phase photoresponse of a recording holographic medium by analyzing a structured diffraction pattern consisting of alternating dark and light rings of the diffraction pattern of a recorded hologram, the number of which determines the desired value, has been solved. This method has an important advantage over the prototype, which consists in the fact that the analysis of diffraction patterns allows the measurement of phase modulation "in-situ", i.e. real-time recording of the hologram, and covers the entire investigated hologram simultaneously (full-field measurement). In addition, the proposed method is simple in comparison with other methods for determining the phase photoresponse, requiring nothing but a screen to observe the diffraction pattern.
ЛитератураLiterature
1. V. Cazac. Surface relief and refractive index gratings patterned in chalcogenide glasses and studied by off-axis digital holography / V. Cazac, A. Meshalkin, E. Achimova, V. Abashkin, V. Katkovnik, I. Shevkunov, D. Claus, and G. Pedrini // Appled Optics. - 2018. - Vol. 57. - No. 3. - PP. 507-5131. V. Cazac. Surface relief and refractive index gratings patterned in chalcogenide glasses and studied by off-axis digital holography / V. Cazac, A. Meshalkin, E. Achimova, V. Abashkin, V. Katkovnik, I. Shevkunov, D. Claus, and G. Pedrini // Appled Optics. - 2018. - Vol. 57. - No. 3. - PP. 507-513
2. Иоффе Б.В., Рефрактометрические методы химии, 3 изд., Л., 1983. С. - 399.2. Ioffe B.V., Refractometric methods of chemistry, 3rd ed., L., 1983. S. - 399.
3. Корольков В.П., Остапенко С.В. Характеризация профилограмм кусочно-непрерывного дифракционного микрорельефа // Оптический журнал. - 2009. - Т. 76, №7. - С. 34-413. Korolkov V.P., Ostapenko S.V. Characterization of profilograms of piecewise continuous diffraction microrelief // Optical journal. - 2009. - T. 76, No. 7. - S. 34-41
4. Борн М., Вольф Э., Основы оптики // - М.: Наука. - 1973.- С. 288.4. Born M., Wolf E., Fundamentals of optics // - M .: Nauka. - 1973.- S. 288.
Claims (24)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020113048A RU2734093C1 (en) | 2020-04-07 | 2020-04-07 | Method for rapid analysis of the dynamic range of the photoresponse of phase holographic material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020113048A RU2734093C1 (en) | 2020-04-07 | 2020-04-07 | Method for rapid analysis of the dynamic range of the photoresponse of phase holographic material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2734093C1 true RU2734093C1 (en) | 2020-10-12 |
Family
ID=72940427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020113048A RU2734093C1 (en) | 2020-04-07 | 2020-04-07 | Method for rapid analysis of the dynamic range of the photoresponse of phase holographic material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2734093C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1254428A1 (en) * | 1984-09-01 | 1986-08-30 | Предприятие П/Я А-7866 | Device for measuring holographic characteristics of photoregistering mediums |
| US7605911B2 (en) * | 2007-10-10 | 2009-10-20 | Applied Extrusion Technologies, Inc. | System and method for visual quality characterization of holographic materials |
-
2020
- 2020-04-07 RU RU2020113048A patent/RU2734093C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1254428A1 (en) * | 1984-09-01 | 1986-08-30 | Предприятие П/Я А-7866 | Device for measuring holographic characteristics of photoregistering mediums |
| US7605911B2 (en) * | 2007-10-10 | 2009-10-20 | Applied Extrusion Technologies, Inc. | System and method for visual quality characterization of holographic materials |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Alexei Meshalkin и др. "Сarbazole-based azopolymers as media for polarization holographic recording", ADVANCED PHYSICAL RESEARCH, т.1, No.2, 2019 г., стр. 86-98. * |
| С. А. Бабин и др. "Методы и устройства тестирования голографических фотополимерных материалов", АВТОМЕТРИЯ, т. 39, No 2, 2003 г., стр. 57-70. * |
| С. А. Бабин и др. "Методы и устройства тестирования голографических фотополимерных материалов", АВТОМЕТРИЯ, т. 39, No 2, 2003 г., стр. 57-70. Alexei Meshalkin и др. "Сarbazole-based azopolymers as media for polarization holographic recording", ADVANCED PHYSICAL RESEARCH, т.1, No.2, 2019 г., стр. 86-98. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4772961B2 (en) | Method for simultaneously forming an amplitude contrast image and a quantitative phase contrast image by numerically reconstructing a digital hologram | |
| US10185069B2 (en) | Skew mirrors, methods of use, and methods of manufacture | |
| Gray | A method of forming optical diffusers of simple known statistical properties | |
| Gregory | Basic physical principles of defocused speckle photography: a tilt topology inspection technique | |
| US20140126029A1 (en) | Method and device for the layered production of thin volume grid stacks, and beam combiner for a holographic display | |
| US11835746B2 (en) | Coherent skew mirrors | |
| US20120050832A1 (en) | Method and system for imaging and object using incoherent light | |
| RU2734093C1 (en) | Method for rapid analysis of the dynamic range of the photoresponse of phase holographic material | |
| Wüthrich et al. | Holography with guided optical waves: I. Experimental techniques and results | |
| Ramadan et al. | Simulated Fizeau ring fringes in transmission through spherical and plane reflected surfaces | |
| Sjölinder | Bandwidth in dichromated gelatin holographic filters | |
| Czarnek | Super high sensitivity moiré interferometry with optical multiplication | |
| Beléndez et al. | Efficiency of thick phase holograms in the presence of shear-type effects due to processing | |
| Quintana et al. | Diffraction gratings in dry developed dichromated gelatin films | |
| RU181211U1 (en) | DEVICE FOR RECORDING AND TESTING HOLOGRAPHIC VOLUME REFLECTIVE GRILLES | |
| US12210175B2 (en) | All-optical volumetric imaging via spectral sweep by means of a transmissive bragg grating featuring a radially dependent plane of diffraction | |
| Kim et al. | Determination of average refractive index of spin-coated DCG films for HOE fabrication | |
| Magill et al. | Applications of a Holographic Interference Microscope | |
| JP3933856B2 (en) | Phase difference amplification system | |
| Toyooka | Determination of in-plane and Out-of-plane Components of Deformation of an Object from One Double-exposure Hologram | |
| Buynov et al. | Diffraction optical elements on thick layers of dichromated gelatin | |
| O'Connor | Polarization properties of high numerical aperture holographic optical elements | |
| Blair et al. | Spurious gratings due to internal reflections in dichromated gelatin | |
| Savić-Šević et al. | Bifurcation in reflection spectra of holographic diffraction grating recorded on dicromated pullulan | |
| Bányász | Comparison of various bleaching processes for silver halide holographic emulsions using the refractive index modulation versus before-bleach optical density characteristics |