Голографическая методика по Ю.Н. Денисюку
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский
Политехнический университет»
Факультет прикладной математики и механики
Направление фотоника и оптоинформатика
Кафедра общей физики
Зав. кафедрой общей физики
д-р техн. наук, проф.
_____________(А.И. Цаплин)
«___» _______________2013 г.
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине прикладная голография
На тему «Постановка лабораторной работы в рамках курса
прикладной голографии»
Студенты____________(Залазаев А. Д.)
____________(Кокорышкин А. М.)
Руководитель курсовой работы
_________________(А. В. Перминов)
Пермь 2013г.
УДК 32.5
Реферат
В научно-исследовательских институтах и научно-производственных объединениях возникло немало лабораторий, призванных распространять уже известные и разрабатывать новые голографические методы для различных областей науки и техники. Возможности практического применения уже расширились настолько, что голография затронула и космические исследования, продемонстрировав целый ряд преимуществ голографических методов над традиционными.
Ключевые слова: ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА, ГОЛОГРАФИЯ, ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРИОДА ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ,
Библ.: 1 назв., рис. 11.
Оглавление
КУРСОВАЯ РАБОТА.. 1
ВВЕДЕНИЕ.. 4
Глава 1. 5
1.1 Голографическая методика для изготовления дифракционных решеток. 5
1.2 Голографическая методика по Ю.Н. Денисюку. 6
1.3 Технологические этапы изготовления коммерческих образцов голографических дифракционных решёток. 9
Глава 2. 13
2.1 Методическое пособие по созданию голограммных дифракционных решеток. 13
2.2 Измерение периода дифракционной решетки. 15
2.3 Экспериментальное задание. 16
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 17
ГЛАВА 1. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 18
ВВЕДЕНИЕ
Нам предстояла задача по созданию лабораторной работы в рамках курса прикладной голографии на имеющейся технической базе кафедры общей физики. В процессе работы было решено поставить эксперимент по записыванию дифракционных решеток. Во-первых, это может использоваться для создания новых дифракционных решеток в замену старым или сломанным, и, во-вторых, описать и поставить новый опыт для обучения последующих студентов.
Глава 1.
1.1 Голографическая методика для изготовления
дифракционных решеток.
Создание голограммных дифракционных решеток непосредственно связано с именем Ю.Н.Денисюка. Он уже в своих первых работах по голографии отмечал перспективность использования голографической методики для изготовления таких решеток.
Голографический способ изготовления дифракционных решеток при сравнении с механическим способом их нарезки не только существенно снижает трудоемкость самого процесса, но также заметно улучшает их оптические характеристики (уменьшает светорассеяние, исключает появление ложных линий в спектре, повышает разрешение). Это связано с тем, что процесс получения голограммных решеток осуществляется в интерферометре, где формируются световые пучки от когерентного источника излучения. Эти пучки, интерферируя, создают на поверхности получаемой решетки практически бездефектную структуру штрихов, с формой профиля близкой к синусоиде. Поэтому, в отличие от нарезных решеток, голограммные решетки характеризуются низким уровнем рассеянного света, отсутствием в спектре ложных линий, высоким разрешением. Для создания техпроцесса изготовления голограммных дифракционных решеток необходимо специальное интерферометрическое оборудование и высококогерентные источники излучения, а также особые светочувствительные материалы.
Голографическая методика по Ю.Н. Денисюку.
Особое внимание было уделено поиску и разработке новых светочувствительных материалов. Для получения голограммных дифракционных решеток требуются материалы, способные после регистрации интерференционной структуры и последующей обработки материала создавать рельефное изображение зарегистрированной структуры. В наибольшей степени этому требованию удовлетворяли органические фоторезисты, которые использовались в фотолитографии и микроэлектронной промышленности. Были опробованы различные типы органических фоторезистов. Однако эти фоторезисты характеризовались очень низкой светочувствительностью в видимой области спектра. Привлеченные к этой проблеме специалисты из НИОПИК создали по ТЗ лаборатории Ю.Н.Денисюка фоторезист, чувствительный к излучению лазера в синей области спектра. На этом фоторезисте были изготовлены первые промышленные образцы голограммных дифракционных решеток, которые нашли применение в различных спектральных приборах.
Дальнейшее развитие техпроцесса изготовления дифракционных решеток голографическим способом стало возможным при использовании в качестве светочувствительного материала неорганического фоторезиста на основе халькогенидных стекол. Их основное преимущество при сравнении с органическим фоторезистом в том, что светочувствительные пленки неорганического фоторезиста наносятся на подложки решеток методом термического испарения стекла в вакууме. Этот метод существенно упрощает процесс получения качественных пленок с минимальным количеством дефектов и позволяет получать светочувствительные слои на подложках с любой формой и кривизной поверхности. Совместно со специалистами из НИХИ ЛГУ создан состав неорганического фоторезиста и разработан техпроцесс получения голограммных дифракционных решеток на этом фоторезисте.
С 90-х годов работа по усовершенствованию технологии изготовления решеток была продолжена на научно-производственном предприятии ХолоГрэйт, созданным при прямом участии сотрудников лаборатории Ю.Н.Денисюка. На этом предприятии доработан состав материала и создано всё необходимое оборудование для производства различных типов голограммных дифракционных решеток.
Основные типы голограммных дифракционных решеток, которые производятся в настоящее время на предприятии:
- плоские, вогнутые и выпуклые отражательные решётки с постоянным шагом штрихов;
- вогнутые решётки с коррекцией аберраций;
- решётки для лазеров, в том числе для компрессии лазерных импульсов;
- меры малой длины для метрологических измерений;
- дифракционные оптические элементы.
Ниже перечислены основные параметры изготовляемых решеток:
- размер заштрихованной поверхности до 380 × 220 мм²;
- частота штрихов от 100 л/мм до 3600 л/мм;
- относительное отверстие для вогнутых решёток с постоянным шагом штрихов до 1:1;
- относительное отверстие для вогнутых решёток с коррекцией аберраций до 1:2,5;
- спектральный диапазон от 1 нм до 7000 нм;
- разрешающая способность по отношению к теоретическому значению не менее 0,9;
- дифракционная эффективность эффективность на длине волны блеска для неполяризованного излучения более 70 %;
- дифракционная эффективность на длине волны блеска для поляризованного излучения более 90 %;
- относительная интенсивность рассеянного света на расстоянии 1 нм от спектральной линии менее 5 × 10-7.
В последнее время широкое распространение получили голограммные дифракционные решетки для систем формирования и компрессии лазерных импульсов в ИК диапазоне спектра. К этим решеткам предъявляются повышенные требования, как к дифракционной эффективности, так и к лучевой стойкости. Высокий коэффициент отражения и лучевая стойкость решетки обеспечивается при использовании отражающего покрытия из золота. Наиболее высокие значения достигаются при использовании метода нанесении золотого покрытия с более плотной упаковкой атомов металла. Этот метод успешно использовался для получения дифракционных решеток размером до 380 × 240 мм с эффективностью более 90% и стойких к импульсному излучению лазера с плотностью энергии не менее 1 дж/см² при длительности импульса 1 нс.
Дальнейшее увеличение лучевой стойкости решеток представляется возможным при использовании многослойных диэлектрических покрытий, стойких к лазерному излучению по аналогии с диэлектрическими зеркалами. Исследования, которые были проведены в этом направлении, показали перспективность данного выбора, и на изготовленных экспериментальных образцах многослойных диэлектрических решеток достигнута лучевая стойкость не менее 5 дж/см².
Инициированное и развитое под руководством Ю.Н.Денисюка направление по созданию голограммных дифракционных решеток создало все предпосылки для того, чтобы наши отечественные разработки были на передовых позициях в мире и это, несомненно, является его заслугой.