Способ записи пропускающей голограммы и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G03H1/04 G02B5/32 

Избретение относится к устройствам для фокусировки лазерного пучка и.может быть использовано для постро ения голографических объективов. Известен способ записи голографических линз, включающий формирование сферических пучков и запись картины их интерференции в сходящихся пучках. Известно также устройство для реализации способа, состоящее из источника когерентного излучения и каналов формирования интерферирующих пучков tl . Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является необходимость введения спедиальных оптических элементов для обеспечения схождения интерферирующи пучков, что вызывает появление аберраций полученной гололйнзы. Эти иска жения приходится тем или иным способом корректировать. При других способах сведения пучков возникают зате нения по поверхности голограммы, вследствие чего часть поверхности для фокусировки пучка не используетс что отрицательно сказывается на размерах формируемого пятна. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ записи пропускающей голограммы, заключающийся в экспонировании фотоматериала интерференционной картиной, образованной сведением двух пучков когерентного света. Устройств для реализации такого способа включает оптические системы формирования интерферирующих пучков и фотоматериал 21 . Для сведения (объектного и референтного) пучков в плоскости фотоматериала используется наклонная свето делительная пластина. Такое решение практически непригодно для записи голообъективов с относительным отверстием более 1:5 и выше из-за существенного искажения фронта одного из пучков, а следовательно, практи- чески невозможно получение фокально го пятна малых размеров. Целью изобретения является повышение качества записи голографически линз. Поставленная цель достигается тем что согласно способу записи пропуска ющих голограмм, заключающемуся в экс понировании фотоматериала интерференционной картиной, образованной сведением двух пучков когерентного света, формирование волнового фронта одного из интерферирующих пучков производится после его прохождения через фотоматериал с помощью отражателя,причем двойная оптическая длина хода от подложки до отражателя больше длины когерентности излучения. В устройстве для осуществления способа, включающем лазер, оптические системы формирования интерферирующих пучков и фотоматериал, последний установлен между оптическими системами формирования интерферирующих пучков, в фокальную плоскость одной из которых введена отражающая поверхность, имеющая в центре отверстие для ввода пучка. На фиг. 1 показана схема записи пропускающего голообъектива, преобразующего расходящийся пучок в сходящийся; на фиг. 2 - часть схемы для записи голообъектива, преобразующего расходящийся пучок в параллельный (схемы на фиг.. 1 и 2 предназначены для записи голообъективов с задним обрезком, соизмеримым или большим длины когерентности лазерного пучка) ; на фиг. 3 - схема записи голообъектива, преобразующего расходящийся пучок в сходящийся, когда фокусное расстояние голообъектива невелико, т.е. в несколько раз меньше, чем для схем на фиг. 2 и 1. Устройство для записи пропускающей голограммы содержит лазер 1, светоделитель 2, разделяющий пучок света на параллельные световые пучки 3 и 4, плоские зеркала 5-9, микрообъективы 10 и 11, сферическое зеркало 12, подложку с фотослоем 13, отверстие 14 в зеркале, референтньй 15 и объектньгй 16 пучки (фиг. 1); плоское зеркало 17 с отверстием 14 и телескопическую систему 18 для расширения объектного пучка (фиг.2); полупрозрачное зеркало 19 (фиг. 3). Устройство для записи пропускающей голограммы работает следующим образом. Пучок света от лазера разделяется светоделителем на пучки 3 и 4, попадающие в микрообъективы 11 и 10 соответственно. От микрообъектива 10 пучок проходит через отверстие диаметром в единицы микрометров в подложке зеркала 12 и падает на подложку с фотослоем 13, образуя референтньй расходящийся пучок, Расходящийся пучок микрообъектива 11 проходит . через подложку и отражается зеркалом 12. После отражения от зеркала 12 возникает объектный пучок, Если бы длина когерентности излучения была бесконечно большой, то на фотослое 13 бьши бы зарегистрированы две интерференционные картины; первая - от встречных пучков, исходящих от объективов 11 и 10, и вторая - от пучка из микрообъектива 10 и пучка, отраженного от зеркала (в сопутствующих пучках). Первая интерференционная картина является нежелательной и уменьшает дифракционную эффективность гологр.аммы, сфор мированной второй интерференционной картиной: Чтобы исключить формирование первой интерференционной картины оптический путь АБВГД + ДГ выбираетс равным оптическому пути АЕЖЗДГ..Причем оптический путь, равный двум длинам отрезка ДГ, должен превышать длину когерентности излучения лазера При выполнении этих условий первая интерференционная картина не регистрируется на фотослое, а воздействие пучка от микрообъектива 11 сводится только в равномерной засветке фотослоя 13, Таким образом, на поверхности фотослоя световой поток состо ит из постоянной составляющей, обус ловленной засветкой от микрообъек тива 10, и переменной по плоскости составляющей, обусловленной второй интерференционной картиной. Для записи голограмм с заметной постоянной составляющей экспонирующего светового потока необходим фотоматериал с достаточно большим динамически диапазоном. Именно таким фотоматериалом является хроми рованная желатина. Обычно при изготовлении слоя хромированной желатин проводят операцию предварительного дубления фотослоя. Она выполняется либо с помощью дубителей, вводимых в фотослой,, либо с помощью засвечивания актиничным (в синей области спектра) излучением. Если эта опера ция отсутствует, голограмма после проявления обладает заметным светорассеянием, или шумом, т.е., непригодна для использования в качестве голографического оптического элемента, В предлагаемом способе эта операция может быть исключена и указанное предварительное дубление фотослоя хромированной желатины- осуществляется непосредственно в процессе экспонирования за счет наличия постоянной составляющей в экспонирующем пучке. Как видно И2 схемы записи голообъектива на подложке с фотослоем 13, референтный и объектный пучки на пути своего распространения не имеют преград и, следовательно, для записи пропускающей голограммы могут использоваться пучки с большой расходимостью, что необходимо для получения толообъектива с малым размером формируемого пятна. На фиг, 2 показана схема записи голообъектива, который преобразует расходящийся пучок света (запис) от микрообъектива 10 и параллельный пучок. Для формирования параллельного пучка вместо микрообъектива -11 используется телескопическая система 18. Параллельный пучок света проходит через Фотослой 13 и затем отражается от плоского зеркала 17. формируя параллельньй объектный пучок. Оптическая длина хода подбирается аналогично вышеизложенному, I Схемы на фиг, 1 и 2 пригодны для получения голообъектива с большими линейными размерами, вплоть до десятков сантиметров, при условии использования достаточно мощного лазера. Для фокусироЁки лазерного пучка в оптических, системах видеопроигрывателя требуются объективы с меньшими линейными размерами и с малым (до единиц миллиметров) фокусным расстоянием, В схемах на фиг, 1 и 2 отрезок ДГ должен быть по крайней мере в два раза меньше длины когерентности излучения лазера, а эта величина колеблется в пределах от десятков (для гелий-неонового лазера) до единиц сантиметров (для аргонового), Эту трудность можно обойти с помощью схемы на фиг. 3, Здесь пучок от микрообъектива 10 проходит через отверстие в зеркале 12, падает на поверхность полупрозрачного зеркала и отражается на поверхность зеркала 12, Отраженный от зеркала 12 пучок образует объектный пучок. Часть пучка, проходящая через зеркало 19 от мик1эообъектива 10, интерферирует с пучком 12, формируя интерференционную картину, а следовательно, и голограмму ; 511 на фотослое 13, Здесь оптическая длина хода/равная 2 ДГ, должна быть как максимум в два раза меньше длины когерентности используемого лазерного пучка. Как видно на фиг. 1, фокус микрообъектива 11 совпадает с двойным фокусным ра:сстоянием (центром кривизны) зеркала 12, Это условие явля ется строгим, если не предъявляются высокие требования к качеству волнового фронта объектного пучка. В рассматриваемых схемах важной характеристикой является длина когерентности излучения используемого лазера. Эта характеристика зависит как от рабочей среды лазера, так и от параметров резонатора. Длину когерентности излучения каждого лазера обычно устанавливают зкспериментальн с помощью интерферометра. Изменяя оптическую длину хода в одной из его ветвей, устанавливают, при какой раз ности хода видность интерференцион4ной картины падает до нуля. Известны и другие- методики определения длины когерентности излучения лазера. Отметим, что для известных промьшлеиных лазеров длина когерентности в.одномодовом режиме находится в пределах 1-30 см. Таким образом, формирование объектного и референтного пучков достигается с использованием свойства ограниченной длины когерентности лазерного пучка. Если для голообъектива требуется высокая дифракционная зффективность, то в качестве фотоматериала должен использоваться фотослой с достаточно большим дйнамичег ским диапазоном, например, хромирование желатина. Экспериментально подбирая соотношение интенсивности объектного и референтного пучнов, добиваются такой степени предрарительной задубленности слоя хромированной желатины, что шум слоя можно считать несущественным.

1. Способвзаписи пропускающей- I голограммы, заключающийсй в экспони.ровании фотоматериала интерферен ционной картиной, образованной сведением двух пучков когерентного света. Готличающийся тем, что, с целью повышения качества записи, формирование волнового фронта одного из интерферирующих пучков производится после его прохождения через :фотоматериал с помощью зеркального отражателя, причем двойная оптическая длина хода от подложки с фотослоем до зеркального отражателя больше длины когерентности излучения исполь: зуемрго лазера. V . . 2. Устройство записи пропускающей голограммы, включающее лазер, оптические системы формирования интерферирующих пучков и фотоматериал, отличающее ся тем, что (О фотоматериал установлен между оптическими системами формирования интерферирующих пучков, в фокальную плоскость одной из которых введена отражающая поверхность, имеющая в центре отверстие для ввода пучка. :с 4 э 4ik 4

1

12

75

19 73 п/

CPU г. 3