DG窄带反射滤光片研制中胶膜厚度的理论设计C

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    《 光杂 志￣ ０ ０年 第 ２ 卷 第 ４期 激 ２０ ｌ

    Ｌ Ｓ ＲＪ Ａ Ｅ 　ＯＵＲ Ｌ（ ｏ．１ Ｎ ． ２ ０ ） ＮＡ Ｖ １ ， ｏ ４．０ ０ 　 ２

    ３　 ９

    Ｄ Ｇ 窄带 反 射滤 光 片研 制 中胶膜 厚 度 的理 论设 计　 Ｃ

    ／　

    口７ ３

    ，　

    捌

    鹛

    王盎城

    ｔ — —　 一 　

    尚明举　

    ７　

    — —— —— ～

    （ 岛海洋 走学柏 理 系， 岛 ２ ６ ０ ） 青 青 ６ ０ ３　 一 　 提要： 膜崖 的厚度是 影响 Ｄ Ｇ窄 带 反射滤 光片性 能指标 的一 个重要 因索 ， 文应 用抒层 舟 匝膜理 论 对 其进行 了理论 计算 ， Ｃ 奉 计算 中应 用　 均 匀　

    光学厚 度的假 设。 　

    关麓 词 ： 重锫 酸盐明 驶 ． 垒息滤 光片　

    Ｔｈ ｏ ｅ ｉａｌａ ｅ ｒ ｔｃ 　 ｎａｌ ｉ　 ｆ ｆｌ 　ｈ ｃ ｎ ｓ 　 ｆＤＣＧ　 ａ ｒ ｗ　 ｙｓｓ ｏ 　ｉ ｈ ｔ ｉｋ ｅ ｓｏ 　 ￣ Ｈ ｒ ｏ ｔ ｄ ｄ ｈ ｒ ｆｅ ｔ ｎ ￣ｎ ｗｉ ｔ 　 ｅ ｃ ｉ 　 ｌ ｏ

    Ｌｉ　 ｕ ｇ Ｗａ ｇ　 　 ｎ ３ 　 ｇ Ｓｌａ 　 ｌ ｇＭ ｍ￣ｕ ａ ｊ　

    圣 　

    …

    芳臆 艘觞 ， 　

    （ ｐ　 ｆ ｙ ｉ ． 龃 ｎｌｎｉ ￣ ｔ　ｆＯｉ ｋ ． ｇ ａ 　２ ６ ０ 　 Ｄｅ ｔｏ　 ｓ ｓ０　 　 ＂ ｖ Ｐｈ ｃ ｅ ｙｏ 　 噼 ｑｎ ｄｏ ６ ０ ３）

    ＾ 　 ｗ Ｉ Ｔｈ ｃ ￣ ｜ ： ｉｋ ｏ Ｄ００ ｆ ｍ ｉ 。 ｅ ｆ ｉ ｌ ｓ ｎ　 ｔ ｋｙ 　 ｅ　 　 一 ｆ ｔ ｅｔ ｈ ； ｎ ｒ ｂ ｏ 　 Ｅ 删 １ ｊ ｈ 　 ｎｃ ｇ 　 　 ｆ 　 ｂ ｎ ｗｉ ｔ　ｅ ｌ ｔ 　 ａ ｄ ｄ ｈ ｒｆ ｃ ｉ ｅ ￣ 　 Ｕｎ ｒｔ ＿　 ｄｅ 　 崆 唧 ｒ 　

    ｔ ｔｈ ｔ ｐｉ ｌ １ ｋ ｔａ ｏ ｔ ａ ｄ ｄ啷 ｘ 　 ｃ　

    ａ ｄｃ ｎ ｕ ｎ 　口 Ｄ 缸 ｐｇＴｍｓ ｒｌａ 　 ｇ

    ｉ ｍ￣ ａ ｉ ｌｎ 　

    ｉ ｓ ｎｆ ｍ． ｆ ｉ ｕ ｉ ｒ 　如 ｃ ｌ ｍ 唧 　 ｌ 　 ｏ ｍ ａｐ 　 　

    ｉ ａ ｒ ａｉ ａ ｎｆ ｌ ｔ ｂｃ ￣ 　

    ｏ ｔ ｔ ｈ 　ｄ 　ｆ ｌ　 　ｒ ｕ ｗｉ ｅ ｐ Ｍｕ ｉ ｈｔ ｈ ｏ ｔ ｈ ＯｍｌｄＦｌ ＂ａ － ｃ 　 ｉ Ｉ￣ 　 ￣ ｍ ｌ

    Ｋ　 ｗｍ也 ： ｉｈｏ ｔｄ ｇ ｌ ｔ ， ｏｏ ｒｐ ｉ ｆ ｔｒ ｄ ｃ ｓ ￣ ｅ 　 ｅａ ｉ ｈ ｌ ａ ｈ ｃ ｉ ｅ 　 ｎ ｇ 　ｌ

    在 目前使用 的全息 记录材 料 中 ． 重铬 酸盐 明胶 （ ；具 有　 瞰 ） 折 射率调 制能力 大 、 射敢 率高 、 衍 透明度 好 、 信噪 比高等 诸多 位　 点 ． 广 泛用 于全息光学 元件 领域 。 １８ 被 ９ ５年 Ｄ ｎ ａ ｕｃ ｎ曾 以 Ｄ Ｇ ｃ 　 作 为记录 舟质制 成 了工 作 于近红 外 区域 的滤 光 片　 国 内也 有　 研 制成 功 衍 射 敢 率 ８ ％ ． 小 带 宽 ４ ｍ 的 反 射 滤 光 片 的报　 ６ 最 ｎ

    道【。 　 　

    另 外 ．ｘＧ 干 版 对 记 录 光 存 在 吸 收 作 闩ｆ ＤＯ 对 记 录 光 　 【　 。 Ｇ

    的吸收 主要 决 定 于 重 铬 酸 盐 的 浓 度 ，在 重 铬 酸 铵 的 浓 度 是　 ２－ ０ 　膜 层厚度 为 ２ １ 的情 况 下 ， ０ｍ ｚ 干版 对 ４ ８ ｍ 激 光 的吸 收　 ８ｎ 接近 ５ ％ ，Ｆ 于吸收 的存在 ， 录时在 膜 层 内部 参 考 光 、 光　 ０ ｝ 『 记 物

    的 光 强 比 是 不 同 的 。这 样 ． 致 沿 膜 层 法 线 方 向 的 曝 光 量 是 不　 导 均 匀 的 ． 成 明胶 硬 度 的币 均 匀 变化 ¨ 造 　 在 随 后 的 显 影 处 理　

    记 录介质 的厚度是 影 响全 息 图 质量 的 一 个重 要 因 素。耦　 台 渡理论 指出 ， 加舟 质厚 度 可 以增 加 全息 图的 衍射 敢　 增 。 　 由分层舟 质膜理论 可 以得出 ， 加舟 质厚 度可 以减小全 息 圈 的　 增 衍射 带宽 ｂ 。我 们在研 制 Ｄ Ｇ 窄带 反射 滤光 片时 也发 现 ， 】 Ｃ 在　

    一

    中 ． 于咀噎硬度 的　 同 ． 水膨 胀　 同 ． 水 收 缩也 不同 ． 由 吸 脱 加　

    之 处 理 时 ｝ 明 腔 厚 度 方 向显 影 速 率 不 同 的 影 响 ｂ ． 致 折 射 率　 ｆ ｝ 　导 调 制 的　 均 匀 变 化 和 高 低 折 射 率 调 制 面 之 间 间 距 的 不 均 匀 ， 　

    我 们对实 际制作 的全息 图梗 试分析 ， Ｉ 发现从 空 气 一肢 滕 面刊胶　 膜 一基 底 面 ． 折射 率调 制度 由大 到小 变 化 ， 条纹 间 距 由小 刊　 　ｊ

    大 变 化 ． 图 １所 示 ． 且 变 化 的 大 小 受 Ｄ【 干 版 的 韧 始 硬 　 如 并 Ｂ 度 、 光量 、 理 拂 度 等 因 素 影 响 。 曝 处 　

    定范围 内增加介 质厚 度可 以增 加 衍 射敢 率 ． 小 衍 射带 竟 。 减 　

    但 如果厚 度过大 ． 随着厚 度增 加 ． 收和 散射增 加 ． 吸 沿厚 度 方 向　 曝 光和处 理的 不均 匀性 也 增加 ， 息 图 的 质 量 急剧 下 降 为　 全 　 此， 首先确 定 Ｄ Ｇ 材料 的厚 度是 必 要的 。 Ｃ 　 Ｄ Ｇ窄带反射 穗光 片的理 论模 型 是体 积位 相 型反 射 全息　 Ｏ 图 ， 文应用 便 于计算 的分层介 质膜 理论 对其进 行 了分 析　 在　 本 此 基础之 上 ， 制 了计算 机程 序计算 确定 了 Ｄ Ｇ 膜层 的厚 度 。 编 Ｃ 　 计算 中 ， 在对 体积 位相型 反射垒 息 图的不 均匀光 栅结构 的处 理　

    上 ， 用 了　均 匀 光 学 厚 度 ” 假 设 ， 验 结 果 证 明 这 种 假 设 是 　 采 的 实

    台理 的。 　

    ２ 髋膜 厚度 的理论 设 计　

    体积位 相型 反射垒 息 图 的结 构模 型 如 图 １ 示 。记 录过　 所

    程 中 ， 考光束 与物光束 干涉 的结果形 成 了驻 波干涉 的周 期分　 参

    布， 因此 ． 在记录 介 质 内 部交 替地 产 生 强 曝 光 面 和 弱 曝光 面。 　 经 显影及 定影娃理 后 ， 质 的折 射车 出现周期 性 的变 化 ， 中， 介 其 　 折 射率 的极 大值 时应 于强 曝 光 面， 般小 值 对 应于 弱 曝光面 ， 在　 垒 息图内部形 成 器 光栅 矢 量 方 向周 期性 变 化 的 折射 率 ｊ 胃制。 　 把具 有选种折 射率分 布 结 构 的全 息 图看 作是 折 射率 高低 交替　 变 化的多层 光学介 质膜 系 ， 幺就可　 应用 薄膜 干涉 理论 加　 那 分 析 ，这 就是分层介 质膜 理论 模型 的基本 思想　 　 】 由于 前面所进 的原 因 ， 际制 作 的 Ｄ ／ 射 全 息 图 的折　 实 Ｃ ３反 射 率调制 和调制 面间距 的变化 是不均 匀昨 ， 分层 介 质膜 理　 对 模 型来 ｉ 即相 当于一折 射辜和 厚度变 化 的　 规 则膜 系 。对　 兑。 规 则膜系 光学 特性 的分 析 ． 要分 别 计 算每 一膜 层 的特 征矩 阵 ． 　 过 程复杂 、 计算 量 大。 而且 ． 们要 对全 息 蹦 内部 每 一 部分 的　 我 折 射率和条纹 间距 的变化 归纳 总结 出确 定 的规律 是 不可能 的。 　 我 们注意 到 ， 空气 一胶膜 面 到胶膜 一基底 面 ． 射 率嗣 制度　 从 折 由大到小 变化 ． 条绞间 距由小 到大变 化 ． 而 为此 ， 们 假设 条纹　 我 间 距与对应折 射率 的乘积是 一常数 ， 对分 层介 质膜理 论 模型 束　

    ｌ Ｄ。 　 Ｇ垒息 图膜 厚 的变化及 其 不均 匀光栅 结 构　

    瞰 ； 息翻在 一般 的姓 理情 况 下 ． 膜 的 厚 度 会 产生 膨　 全 胶

    胀 ， 全息 翻 的再现 波 长 比记 录波 长 增 加 ２ ％左 右 。胶 膜 厚　 使 ０

    度 的变化 可以用 Ⅸ 　 的 成像机 制 来 解 释　 干扳 曝光 后 ， 　 感 光部分 发生 光化 学 反应 ， 明腔 变 硬 ． 膜 的强 曝光 部分 和　 使 腔

    弱 曝光 部分 的硬度 变化就形 成 了全 息囤 的潜像 ，显影 时 ， Ｌ 多　 　 结构 的呀胶 吸水体 积膨 胀 ， 性 大 ， 度 小 。在异 丙 醇 中脱 水　 弹 硬

    时 ， 丙醇分 子置换 了水 分 子 ． 明胶 体 积 收缩 ． 度变 大 ， 异 使 硬 但　 体 积相对 于干明胶仍 然是膨 胀 的 ，当异丙 醇挥发 后 ， 胶 近一　 明 步收缩 ． 体积 变小 ． 由于 光化 学 反 应 ， 明胶 丧失 了一 部分 弹 性 ． 　 不会变 为 碌来的尺 寸 ，因此 ． 膜 的 厚度 会产 生 膨胀 ． 胶 使　 息　

    图 的 再 现 波 长 比记 录 渡 长 增 加 。 　

    ４　 ０

    《 光杂 志） ０ ０年 第 ２ 卷 第 ４期 激 ２０ １

    Ｌ Ｓ 　ＯＵＲ＿ （ ］２ Ａ ＥＲｊ Ｎ ＡＬ Ｖｏ ． 　

    ｎ 为　 息 阁的平均 折射率 。 ¨ 　

    每 个 子膜 层 的 厚 度 为 ： 　

    ，　

    ４２０ ） ．０ ０　

    说， 即各膜 层 的光学 厚度是 均匀 水变 的　 具体方 法是假 设折 射　 率 仍 ｌ按 删 亲 弦形 式 调制 ， ｝ ］ 条纹 问 距仍是 均 匀 的 ， 而把 平均 的　

    折 射 率 调 制 振 幅 作 为泉 弦 调 制 振 幅 ， 平 均 的 调 制 面 间 距 作 为　 把

    条 纹问距　 同时 这可 以 很好 地利 用 折 射 率和 条纹 间 蚓 的测 量　 ！

    结 果　

    （ｊ ２　

    式中 ＾为理 沦条坟 问距 ， 与记 录光路形式 柏 关　 一 个子膜层 的　

    特征矩 阵 为 ： 　

    根据 上述 的处 理 思 魁 ， 们 利 用 可 视 化 编 程工 具 ｃ＋ ＋ 找 　 Ｂ ｉｅ 　 ｕ ｄ ｒ ｕ编 制 了计 算程 序 ， 台我 们在 实验中 确定的各 参 数 ， ］ ４ 结 　

    对 不同记 录光波 恒 、 问 记录八射 角 、 同喷 厚 、 同照 明光＾　 不 不 不 射 捕 等 情 况 进 行 了模 拟 　

    Ｍ：　 ｆ

    式中 ： 　

    － 　 ｃ　 ｃ ； 　

    、 ２　 　 １

    ２ ， １　

    ： １ 　

    ｎ　 ； 　

    （　 ３ ）

    在我 ｆ 经过 实验确 定 丁最 佳 的 Ｉ 『 Ｊ 　

    配方 、 干版 制备 工 艺 、 　

    一　

    记 录光路 和显影 处理工 艺的情 况 下 ， 计算 中瞰折 射 章调 制振幅　 为平均 调 制振幅 的值 ， ＝０ ０ ， 纹 间距 的 平均膨胀 系数 为　 　 　４ 条

    ：０ 　５， 　 ＇ 　ｎ　 一 ｉ 　 ｉ 　 　 ２ ＝ ｐ ｓ确 ｜ ２ 　 ５． ； 　

    声 　

    ㈣

    Ｊａ ＝ ２ 　， ｓ ， ； 　Ｈ 【 ｄ Ａ　 ｎ

    为了 获得精 确 的计 算结果 ， 们把折 射卓饵 制 的一 个周期　 我 叉平均 分为 “ 十厚 度 相 等 的 子 膜层 ， 每　 子 膜 层 的折 射 卑　 ｊ

    为： 　

    珥 ＝ ０＋ ，ｌｉ ￣ 　 　ｓｌ， 　ｌ 　 （） １　

    为 ｆ 现光的在 第 １ ｌ里 的折射 角 ， 嘻 个 酉 　为　 明光 渡 长　

    一

    十周崩的 特征 矩阵为 ： 　

    １　 ０

    Ｍ 　 娶Ｍ　 ｐ ｌ一

    整 十 膜 系 的 特 征 矩　? ： 为　

    Ｍ ＝ Ｍ 　

    ４　 ）

    ． 十　 【 ｊ ：

    “ ｛ 】２， ，一?０ ? ｌ ， ３ 　 ｌ ）　

    基丘 Ｉ置 ￡ 空 气　

    ５　 ）

    颡　　 厂

    囤Ｉ 　 垒息 目的宴　 光栅 结构目　 ２ １ Ｇ皇息 目的　 　３ Ｃ 尢措 结梅　

    聿 曲 绒　

    （ ＝Ｔ ／．Ｔ 　 ｏ ３， ｏ为 ｒ∞ 干 版 的 膜 厚 ） ） 　

    图 ２是对 反射 巾心波长 为 ５ ４ ｍ 的 全息 反射 窄带 滤 光 片　 ４ｒ ｔ 琏行 模拟 计算 得到 的最佳结 果 ， 参数 为： Ｃ 膜厚 度 ２ ｔ ． 其 ＤＧ ０帅 　 记 录波 长 ４ ８ ｍ，囤 ３ ８ｎ 是根 据模拟 计算参 数 制作 的 Ｄ Ｇ 反 射　 Ｃ 滤光 片 的光谱 透射率 曲 线 ，模 拟结 果显 示再现 时 的 中心波 长 　 比记 录波 圭 增 加 １ ％左 右 ， 圭 ０ 反射 带 宽 １ｒ ， 与实 验结 果 是　 ８ａ 造 ｎ 基本 吻台 的。 　 参 考 文 献　

    ［］ 唐伟 国 、 １ 捌大 禾 、 黄抗 云 ， 射式 全息蔼光 片的带 宽 和考 虑记 录介　 反

    ［］ Ｒ ＪＣ ｌ 　 ａ ｏ ｆ ２　 　 　 ｏｌ ｉ ￣， ｌ ｐ 　 　

    厂 ，

    ９ ９— ９ ２ Ｉ ２　

    质吸 收后的衍 射效率 ， 学报 ．９８ ８２ ５ —１６ 光学 １８ ．（ ）ｌ２ ５　

    ｝ 　即 　 ， ｃｄ ｉ Ｐ ，９ １ ｂｌ Ａ ａ￣ｌ 　 燃 １７ 　 ｃ

    ［ ］ 刘太 禾 、 ３ 周静 ， 体积全 息囝机 制的再 认识 ， 学学 报 ， ９ ７ １ （ ） 光 １９ ，７ ７ 　

    【 ｊ Ｐ Ｇ　 ｏ ，　 ４　 　 ｎ ｉＪ Ｃ呵 Ｄ，ｔａ Ｂ　 ｅ　ｔ 　

    蚴 　 ｇｌ ｉ Ａｐｌｏ ｔＬ９ ， １ １ ） ３０ — ３ ５ ｅ ｔ ， ］ ｐ　 ９ ２ ３ （ ７ ：３ ２ ３ ０ 　 ａｎ ， 　

    ｂＪ Ｒ　 卧 ｕ 吼 　 Ｊ ｅｕｉ ．ｔ日 ｅ ｅｔ 　 ｉ 　 ｈ ｌｇ 　 Ｄ ｇ 　Ｂａ ］ ｅ 【Ｒ ｆ ｃ￣ｎｄｓ ￣ ｌ ｏ ｏｅ ｍｍｓ，ｌ ：　 ３ ｔ

    一 　

    ｒｆ ｃｉｎｌ ｌ　Ⅲｎ ｎｄｃ ｔ　 ｅ ｅｔｏ １ ｑ ｌ 。 ｓｉ　 ｉｈｏ

    ｄ ｈ ｍ ｅ 　 ｌ ． 　 ｏ ｔ １９ ， ｔ ２ ）６ ８ 一 １２ ｍ ￣ ｔｄ 蛐ｎ Ａｐ ｐ ，９ ２ ３ （ ９ ： １ ｌ ６ ８　

    【 ］ Ｄ　　Ｍｃ． ｍｅ ． 　ｎ ｌｓｓ ｆ ｌ 　 ６ Ｊ ｃｒ ｙ１ｈｅａａｙ ｉｏ Ⅶ 一 ａ 　

    ｅ ｌ￣ ｉ ｉ ａ ． ｗｆｍ　 ｈ ｈ ｌ 　 ， 　 ＆ （ Ｊ ｆ Ｅｌ （ 　　 　 ㈣

    【＿　ｒｔｎ ｓ ‘ ｏ ｔ １ｍｇａ ｇ 　 　 ｐｉ ｉ 　

    ｎ ［ ８ ２Ｉ ９ 　 １ ７ ， ９ ９， ： ３ ０ 　

    ｃ 接第 ３ 上 ８页 ） 　

    ｏｎ　 ｐ ｃ

    ｎ Ｄ ｙ， ｃ ） ， ９ ９ ２ ５： ４ 　 期 ｆ ｓ ｛ 鼬 Ｉ８ ， ４ ８ ３ 　

    初步试验 给 出 的晟 小存储 点 直径为 】 左右 ， 录的职光 子点　 肿 记 存储 图 的点 间距为 ２ ， 　 用 高数 值 孔 径 的显 微 物镜 ， 过 优　 ０ｒ ｕ ｎ 通 化 光功率 和 曝 光 时间 ， 以减 小 记 录点 尺 寸 ， 加存 储 容 量。 可 增 　 改变样 品厚 度实现 三维存 储足我 们下一 步 的 工作 。 　 参 考 文 献　

    Ｉ ｍ ｉ ｌＡ　 ａ＇ ￣ ￣ ｔ 　 Ｐ ｒｈ ｒ ｔ ｌｓ ａｄ　 ｅｅ 　 　 ｏ 　ｒ Ｐ ｔｒ Ｍ Ｒ孙 　 ｅ 　． ｒ ． … Ｄ Ｔｈ 　 ｄ １ 　

    乜 ］ Ｙ 　… 。

    Ｋ Ⅱ， ｉ ｋ￣ Ｉ ｌ￣ ａｄ 【 Ｋ 帅 ｎ． 舢 Ｈｄ ａａ ｓ ｖ ｉｎ　 ∞　 　 ｅ 　 ｈｅ　 　

    ｗｉ 　 ｐ ｏｏ ｔ ｈ ｈ ｔ ￣　

    ａ￣ｏ ｐ ｉｎ ｆ ｒ Ｉｒ ｅｄ ￣ ｒ ａａ ｏ ｉ￣ … ［ ｒ ｔ 　ｏ 　 ｈ ｅ － ｉ ａｋ ，］ｃ ｔ ｏ ． ｃ

    ｆ ｉ ｅ ｒｓ ｌ ｔＬ ｔ １９ ， ３ ７ ６ ￣ ｉ 　 ｙ ｔ ， 　 ｅｔ，９ ８ ２ ：５ 　 ｖ ｃ ａ Ｏｐ ［ 】 ｌ ｉ ｌ　 船ｄ ３ ￣ｎ ｌ ｝ ｅ 　

    ｗｎ 　

    Ｇ ． ｓ　 ｖ ｏｐ ｏ ｅｃ ａ ￣ ｏ　ｒ　ｂ ｕＵｅ ． ａ － ｈｔ ｘｉ ６ ａｆ ｅａ 　 ￣ ｒ ｒ

    ｉ　 　 ｈ ∞　 ｈ ｎａｐ ｃ 　

    廿ｌ ｄｎ ． ｎ ｌ ｌ ｏ ｉ ｌ ａａ ｓ 　 ｒ ｌ ￣ ｓ ａ　 ｌ ￣＇ａ　 ｔ　 “ｒ 　 ｉ ｏ ｂ　 ｃ ｄ 　

    ｔ ｅｐ ｙ 　 ， ｔ Ｌ ｔ ９ ９ ２ （ ４ ：４ 　 ｉ 　ｄ Ⅱ ｒ ｑ】 ｅ ｒ 　 ｔ［９ ，４ １ ）９８ ［ 】 Ｊｗ 厨｛ ４　 　 热门 ． 里叶光 学导论 ， 傅 第一 版 ． 北京 ： 科学 出版社 ．９ ６ １ ７　

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