Голограмма денисюка своими руками

Создание голограммы Денисюка

Создание голограммы Денисюка

ГОЛОГРАММА — запись волнового поля на чувствительном материале в виде интерференционной картины, образованной смешением этого волнового поля с опорной волной.

Представим, что на плоскости находится брусок. Осветим его монохроматическим светом лазера, например, красным. Тогда часть лучей отразится от его верхней поверхности чуть раньше, чем от плоскости. В результате, световые волны будут накладываться друг на друга, образуя волны сложной формы, т. е. мы получим пространственную интерференцию, создаваемую бруском. Такие волны несут уже информацию о высоте объекта. Ведь, чем выше брусок, тем раньше отразится волна от его верхней грани и тем больше будет смещение между волнами.

Самый простой способ записи голограммы, который можно применить даже дома, предложил в 1968г. ученый Юрий Денисюк. Его метод дает хорошее качество голограмм для маленьких предметов, таких как монета или кольцо. По его методу луч, например, от лазерной указки проходит через фотопластинку, отражается от предмета и снова попадает на пластинку. В результате на фотоэмульсии складываются два луча: опорный от лазера и объектный от предмета. Интерференционная картинка записывается с помощью химического действия света на вещество фотоэмульсии.

В схеме Денисюка луч лазера расширяется линзой и зеркалом направляется на фотопластинку. Часть луча, прошедшая через неё, освещает объект. Отраженный от объекта свет формирует объектную волну. Как видно, объектная и опорная волны падают на пластинку с разных сторон (т. н. схема на встречных пучках). При этом создаются стоячие волны, «выжигающие» полоски фотоэмульсии в местах пучностей. Далее при обработке фотоэмульсии химическим путем выводятся остальные составляющие, не отреагировавшие на излучение. Таким образом в фотоэмульсии записывается объемная дифракционная решетка. Получается голограмма, которая самостоятельно вырезает из сплошного спектра узкий участок и отражает только его (т. о. выполняя роль светофильтра). Благодаря этому изображение голограммы видно в обычном белом свете солнца или лампы.

Для восстановления предметной волны голограмму освещают источником, создающим копию опорной волны. В результате дифракции света на интерференционной структуре голограммы в дифракционном пучке первого порядка восстанавливается копия предметной волны, образующая неискаженное мнимое изображение предмета, расположенное в том месте, где предмет находился при голографировании. Если голограмма двумерная, одновременно восстанавливается сопряженная волна минус первого порядка, образующая искаженное действительное изображение предмета.

В нашей установке мы использовали рубиновый лазер, испускающий свет с длиной волны 633 нм, рассеивающая пластинка и фотопластинка ПФГ-03м производства компании Славич. Запись производилась в течение 5 сек небольших предметов (первоначально значка ФПФЭ, потом после ряда неудач – жетона Санкт-Петербургского метрополитена и лампочки)

Применяются голограммы сейчас для создания точных копий драгоценных изделий, которые сложно перевозить по стране, а иногда просто невозможно из-за их ветхости. Широкое применение получили голограммы на алюминиевых пленках, которые применяются для зашиты разных документов от подделок. Например, голограмма в трудовой книжке.

Подобного рода изображения на упаковках способны сохранить продукцию от вскрытия. Защита пластиковых банковских карт также происходит с помощью голограммы.

В настоящее время ведутся разработки голографической записи цифровой информации на пластинах. Такие винчестеры при малых размерах будут иметь память, которой достаточно, чтобы непрерывно записывать данные десятки лет.

Источник

Запись голограмм Денисюка

Схема Денисюка — самая простая из голографических схем. Тем не менее, с ее помощью можно записывать голограммы самого высокого качества. Свое название схема получила по имени известнейшего российского ученого — Юрия Николаевича Денисюка, который в начале семидесятых годов изобрел метод записи отражающих голограмм на прозрачных фотопластинках.

Содержание

Схема записи голограмм Денисюка

Узкий световой пучок от лазера направляется зеркалом на линзу, которая после фокуса расширяет пучок до нужной величины. После линзы в фокусе установлен пространственный фильтр повышающий его однородность. Расширенный пучок освещает фотопластинку и объект, закрепленный на жестком основании. Лазерный свет отражается от объекта на фотопластинку с обратной стороны. В плоскости фотопластинки встречаются два пучка: идущий от лазера, он называется опорным, и от объекта, он называется сигнальным. Эти пучки создают интерференционную картину, которая и регистрируется на фотопластинке. Картина интерференции — это мельчайшие перепады интенсивности света с периодом менее 1 микрона. Чтобы зарегистрировать такую мелкую картину требуется полная неподвижность объекта и фотопластинки во время экспонирования. Поэтому мягкие предметы и живые объекты, например, портрет человека, в схеме с лазером непрерывного действия записать нельзя.

Фотопластинки ПФГ

Фотопластинки для голографии сильно отличаются от обычных фотопластинок и фотопленок для фотографии. Во-первых, они, как правило, чувствительны (сенсибилизированы) не ко всему спектру белого света, а только к той области, в которой излучает лазер. Во-вторых, разрешающая способность фотопластинок для голографии очень высокая. Например, при записи отражающих голограмм в схеме Денисюка на фотопластинке регистрируется интерференционная картина с периодом T менее 1 микрона. Поэтому разрешающая способность N = 1/(T/5) таких фотопластинок должна быть не менее 5000 лин/мм. Разрешающая способность любительских фотопленок редко превышает 200 лин/мм. Перечень фотопластинок для голографии, выпускаемых заводом «Славич»:

• ПФГ-01: галоидно-серебряные фотопластинки для записи пропускающих голограмм в схеме Лейта-Упатниекса. Сенсибилизированы к красной области спектра для записи голограмм He-Ne лазером
• ПФГ-03м — гадоидно-серебряные фотопластинки для записи отражающих голограмм в схеме Денисюка. Сенсибилизированы к красной области спектра для записи голограмм He-Ne лазером
• ПФГ-03c — галоидно-серебряные фотопластинки для записи цветных отражающих голограмм в схеме Денисюка. Сенсибилизированы к излучению He-Ne и аргонового лазеров
• ПФГ-04 — фотопластинки для записи отражающих и пропускающих голограмм на хромированной желатине (БХЖ). Имеют разрешающую способность более 10000 лин/мм. Рассчитаны на запись голограмм аргоновым лазером в сине-зеленой области спектра
• ВРП (ФПР) — галоидно-серебряные фотопластинки для записи пропускающих голограмм в схеме Лейта-Упатниекса. Сенсибилизированы к зеленой области спектра для записи голограмм импульсным лазером на неодиме или аргоновым лазером.

Рассмотрим свойства пластинок ПФГ-03. Фотопластинки выпускаются на подложке из плоского полированного оптического стекла толщиной 2,65 мм. Толщина эмульсионного слоя 7 мкм. Фотопластинки специально рассчитаны на запись отражающих голограмм, имеющих большую пространственную частоту, поэтому при синтезе эмульсии размер зерен бромистого серебра делают небольшим — около 12 нм. Общий нанос серебра в эмульсии тоже небольшой — 1,8 г/кв. м. По внешнему виду фотопластинки ПФГ-03 похожи на прозрачное стекло с голубоватым оттенком, из-за введенного в слой красителя (сенсибилизатора), повышающего чувствительность к красной области спектра.

Эмульсионный слой слабо задублен, поэтому обращаться с фотопластинками надо крайне осторожно, особенно при водной химико-фотографической обработке. Размер фотопластинок может быть от 2×2 дюйма (52×52 мм) до 11×16 дюймов (280×406 мм). Фотопластинки упаковываются в пластмассовые тубусы по 30 шт. (малые форматы) или в картонные коробки по 6 шт. (большие форматы). Дифракционноя эффективность (DE) измеряется как отношение энергии восстановленного голограммой светового пучка I_i к энергии падающего на голограмму восстанавливающего пучка I_c:

Чем большая часть энергии падающего пучка преобразуется голограммой в энергию восстановленного пучка, или, говоря другими словами, чем больше яркость голографического изображения, тем больше DE. Обычно DE отражающих голограмм, записанных на фотопластинках ПФГ-03, не превышает 50% для зеркальных объектов и 30% для диффузных объектов. Чувствительность фотопластинки S — это величина поверхностной плотности энергии записывающего пучка E_r в плоскости фотопластинки, соответствующая максимальной DE. Чем больше чувствительность фотопластинки, тем меньше энергии записывающего пучка требуется для записи голограммы и тем меньше время экспонирования фотопластинки. S измеряется в Дж/кв. м.

Лазер

Для записи голограмм используется специальный источник излучения — лазер. Две главные особенности отличают излучение лазера от излучения других источников света — монохроматичность и когерентность. Монохроматичным называют излучение, спектр которого очень узкий и визуально воспринимается как чистый цвет — красный, зеленый и т.д. Когерентность — более сложное понятие и определяется постоянством фазы волнового фронта, как в пространстве, так и во времени. Если монохроматичностью обладают (в разной степени) все лазеры, то когерентность присуща только лазерам, предназначенным для голографии или специальных измерений. Не вдаваясь в сложную теорию когерентности, можно сказать, что чем больше когерентность излучения лазера, тем большую глубину сцены можно записать на голограмме. Лазеры бывают газовые и твердотельные. В голографии используются следующие газовые лазеры:

1. Гелий-неоновый (He-Ne) лазер. Основная «рабочая лошадка» голографистов. Надежный, неприхотливый, экономичный, с хорошими голографическими характеристиками.
   • длина волны излучения — 633 нм (красный цвет)
   • мощность излучения — до 60 мвт
   • длина когерентности — 15-20 см
2. Аргоновый (Ar) лазер. Мощный ионный лазер, излучающий в сине-зеленой области спектра. Имеет большую электрическую мощность (5-10 кВт) и требует водяное охлаждение. Незаменим для записи голограмм большого формата.
   • основные длины волн излучения — 514 нм (желто-зеленый цвет), 2-5 Вт
   • 488 нм (зеленый цвет), 1-3 Вт
   • линии с малой мощностью — 455 нм, 458 нм, 466 нм, 473 нм, 476 нм, 497 нм, 502 нм
   • длина когерентности: без эталона Фабри-Перо — 5 см, с эталоном Фабри-Перо — 2-3 м
3. Криптоновый (Kr) лазер. Мощный ионный лазер, излучающий в красной области спектра. Имеет большую электрическую мощность (5-10 кВт) и требует водяное охлаждение. Незаменим для записи голограмм большого формата.
   • длина волны излучения — 647 нм (красный цвет)
   • мощность излучения — 1-3 Вт
   • длина когерентности: без эталона Фабри-Перо — 5 см, с эталоном Фабри-Перо — 2-3 м
4. Кадмиевый (Cd) лазер. Излучает в синей области спектра. Подходит для записи БХЖ голограмм и экспонирования фоторезиста для записи рельефных радужных голограмм.
   • длина волны излучения — 440 нм (фиолетово-синий цвет)
   • мощность излучения — до 50 мВт
   • длина когерентности — 15-20 см

Пространственный фильтр

Для освещения объекта или фотопластинки лазерный пучок необходимо расширить. Лучше всего использовать для этого объективы от микроскопа: 10-, 20- и даже 40-кратные. Чем выше кратность объектива (и, соответственно, чем меньше его фокусное расстояние) тем сильнее расширяется пучок. Однако, если на линзах объектива имеются пылинки и царапины, лазерный пучок дифрагирует и частично рассеивается. При этом появляется паразитная интерференционная картина в виде контрастных концентрических колец. [[]] Эта картина нарушает однородность освещения фотопластинки или объекта и качество записанной голограммы ухудшается. Для устранения этого недостатка, используется пространственный фильтр, представляющий собой диафрагму с маленьким отверстием, расположенную в фокальной плоскости объектива. [[]] Так как сечение лазерного пучка описывается функцией Гаусса, в фокусе объектива он сфокусируется не в точку (это идеализация геометрической оптики) а сожмется до определенного размера. Свет, рассеянный на пылинках, будет распространяться под углом к оптической оси, поэтому в фокальной плоскости объектива он соберется на некотором удалении от оси. Размер отверстия диафрагмы подбирается таким образом, чтобы основной лазерный пучок проходил через отверстие, а свет, рассеянный на пылинках, задерживался. Тогда из пространственного фильтра выйдет чистый, однородный пучок. Практика использования пространственных фильтров дает следующую приближенную зависимость размера отверстия диафрагмы от кратности объектива:

• для 10-кратного объектива — 30 мкм
• для 20-кратного объектива — 20 мкм
• для 40-кратного объектива — 15 мкм

Большое значение для правильной работы пространственного фильтра имеет качество объектива и точность изготовления диафрагмы. Наличие аберраций у объектива и некруглая форма отверстия диафрагмы могут резко ухудшить фильтрацию лазерного пучка. Отверстие диафрагмы лучше всего изготавливать методом фотолитографии на тонкой медной фольге и проверять качество отверстия с помощью микроскопа. Однако некоторые виртуозы делают отверстие на алюминиевой фольге от шоколада с помощью острой иголки. Для точной настройки пространственного фильтра, диафрагма должна перемещаться вдоль оптической оси и по двум координатам перпендикулярно оптической оси при помощи микрометрических винтов.

Настройка пространственного фильтра производится следующим образом.

1. Направьте пучок лазера на центр фотопластинки (или на центр объекта).
2. Прижмите к торцу микрообъектива со стороны лазера стеклянную пластинку и закрепите его так, чтобы лазерный пучок падал на центр входной линзы, а отраженный от стеклянной пластинки пучок возвращался назад, в лазер (эта операция есть не что иное, как центровка объектива вдоль оптической оси).
3. Перемещая диафрагму вдоль оптической оси, установите ее вблизи фокальной плоскости объектива. Признаком приближения диафрагмы к фокальной плоскости является «крупнозернистое» отражение пучка от фольги — отраженный свет имеет зернистую, очень подвижную структуру.
4. Возьмите лист белой бумаги, выключите свет в комнате и, перемещая диафрагму в плоскости, перпендикулярной оптической оси, постарайтесь «поймать» прошедший через отверстие пучок. В начале юстировки форма пучка за пространственным фильтром будет далека от идеальной, т.к. диафрагма находится не точно в фокусе объектива и пучок обрезается краями отверстия. Аккуратно подстраивая положение диафрагмы, добейтесь полного прохождения пучка через отверстие. При этом пучок будет иметь круглое, однородное сечение, без краевых эффектов.

Поляризация пучка

Известно, что свет отражается от стеклянной фотопластинки, причем, чем больше угол падения (угол падения измеряется от нормали к плоскости пластинки), тем больше степень отражения — от 4% при нормальном падении до 100% при скользящем падении, когда пучок распространяется практически параллельно пластинке. Излучение лазера когерентно и поляризовано. Отражение света в фотопластинке для когерентного света имеет сложный характер из-за многократных внутренних отражений.

Пучок, отраженный от верхней плоскости фотопластинки интерферирует с пучком, отраженным от нижней плоскости фотопластинки (внутреннее отражение), что вызывает паразитную интерференционную картину, ухудшающую изображение. Эта картина из-за небольших вариаций толщины фотопластинки выглядит как полосы на срезе дерева и поэтому называется «древовидной».

Вектор поляризации лазерного пучка расположен в плоскости, перпендикулярной направлению его распространения. Если вектор поляризации находится в плоскости падения (плоскость падения — это плоскость, образованная нормалью к фотопластинке и осью пучка), существует особый угол — угол Брюстера, при котором отражение от фотопластинки пропадает. Пучок проходит через фотопластинку без отражения. Угол Брюстера зависит от коэффициента преломления стеклянной подложки фотопластинки и рассчитывается по простой формуле:

Коэффициент преломления стекла, из которого сделана подложка фотопластинки, равен 1,52. Примерно такой же коэффициент преломления имеет желатиновый слой. Из уравнения получаем:

Именно под таким углом надо посылать опорный пучок на фотопластинку и тогда вы получите чистое, качественное голографическое изображение.

Настроить угол Брюстера несложно. С помощью поляризатора определите, в какой плоскости находится вектор поляризации лазера. При необходимости разверните плоскость вращением самого лазера (если позволяет его конструкция) или разверните саму плоскость поляризации с помощью полуволновой пластинки. Далее, положите под лазерный пучок обычную стеклянную пластинку и наблюдайте отраженный свет на листе белой бумаги. Под пластинкой должна быть черная бумага, и свет в комнате надо обязательно выключить, так как отраженный свет имеет слабую интенсивность. Меняя угол освещения пластинки, можно заметить, что интенсивность отраженного света так же изменяется. Угол, при котором интенсивность отраженного света станет минимальной или совсем пропадет и будет углом Брюстера.

Объект

Для записи голограмм лазером непрерывного действия требуется подбирать жесткие объекты, изготовленные из металла, стекла, камня и т.д. Если объект сделан из мягкого материала, например, из бумаги, в процессе записи голограммы он будет неизбежно смещаться от тепловых и воздушных потоков. Интерференционная картина от опорного и объектного пучков также сместится и не запишется на фотопластинку — объект на голограмме будет выглядеть черным. По этой же причине важным моментом является способ крепления фотопластинки и объекта к основанию в схеме записи голограммы. Даже когда объект жесткий, но он плохо закреплен на основании, голограмма может не записаться.

Для примера рассмотрим запись металлического объекта (статуэтки), положенного на металлическую плиту. В такой схеме крепление фотопластинки сильно упрощается — ее можно просто положить на три металлических упора. Положение объекта, установленного на трех точках считается самым устойчивым. Недаром все штативы имеют три точки опоры. Белый фон предпочтительнее черного, так как на нем будет видна тень от статуэтки, а это подчеркивает эффект объемности голографического изображения. Но фон тоже должен быть жесткий. Белый картон не подойдет — он может сместиться при записи голограммы. Поэтому, в данном случае, фон сделан из белой бумаги, наклеенной на стеклянную пластинку.

Последовательность проверки объекта на возможность смещений следующая. Попробуйте пальцем покачать объект, лежащий на столике. Если вы почувствуете, что объект легко смещается, положите его на три маленьких гайки (опять три точки опоры), так, чтобы они не были видны со стороны фотопластинки. Можно положить, например, одну гайку под голову статуэтки, а две других — под основание. Опять попробуйте пальцем покачать объект. Если он опять смещается, попробуйте изменить положение гаек. На трех точках опоры легко записывать монеты, медали и другие плоские жесткие предметы. Есть и другой, более надежный способ крепления объекта к основанию — приклеивание жестким, эпоксидным, клеем. Эпоксидный клей состоит из двух компонентов, которые смешиваются в определенной пропорции непосредственно перед склеиванием. После смешивания происходит полимеризация клея, и он застывает, делаясь твердым, как камень.

Для установки фотопластинки использованы три винта с широкими шляпками. Длина их подобрана такой, чтобы фотопластинка находилась на 2-3 мм выше объекта. Чтобы тени от винтов не падали на объект их располагают следующим образом: два — по краям передней стороны фотопластинки и один — по середине задней стороны фотопластинки. Не лишним будет вкручивание винтов в металлическое основание или их приклейка эпоксидным клеем. В нашем случае этого не требуется — стабильность положения фотопластинки вполне достаточна для данных условий записи.

Предложенный простейший вариант установки фотопластинки возможен только для записи голограмм небольшого формата — не более 9х12 см и для времени экспонирования не более 10 сек. Пластинки такого формата имеют достаточную собственную жесткость и не прогибаются на трех опорных почках. Фотопластинки большего формата уже обладают эффектом мембраны и могут легко приходить в движение резонансного типа от слабых внешних источников вибраций. Для их крепления требуются специальные металлические рамки сложной конструкции.

Саму металлическую плиту, на которой закреплены объект и фотопластинка, так же нужно изолировать от внешних вибраций. При весе плиты 5-10 кг, можно положить ее на слабо накачанную камеру от автомобильной шины или толстый лист поролона. К сожалению, не существует универсального способа развязки плиты от внешних вибраций, если запись голограмм проводится в домашних условиях. В комнатах на последних этажах многоэтажного дома или вблизи автомобильных или железных дорог уровень вибраций достаточно высок. В подвальных помещениях и в тихих городских районах обстановка более благоприятная, хотя старый холодильник или кондиционер тоже могут испортить ваши голограммы. Ночью голограммы пишутся лучше, чем днем. Необходимо делать пробные записи голограмм, добиваясь положительного результата. Если изображение объекта на голограмме темное или на нем видны темные полосы, значит, при записи голограммы объект смещался. Если темные полосы видны на фотопластинке, значит, при записи дрожит фотопластинка.

Экспозиция

Для определения оптимального времени экспонирования придётся использовать несколько фотопластинок. Для начала определяем освещённость на поверхности фотопластинки, устанавливая фоточувствительный элемент на место пластинки, при этом любое другое освещение должно быть выключено.

Для этого можно использовать Sanwa LP1 с диаметром чувствительного элемента 0.9 см, допустим мощность составила 39.9 мкВт (необходимо не забывать про поправочные коэффициенты зависящие от длины волны). Площадь круга вычисляется по формуле π * d2 / 4, что составит 3.14 * 0.92 / 4 = 0,64 см2, а освещённость соответственно будет равна 39.9 / 0.64 = 62.3 мкВт/см2. Приняв чувствительность ПФГ-03М 500 мкДж/см2, требуемая экспозиция будет равна 500 / 62.3 = 8 с.

Реальная оптимальная экспозиция должна быть найдена экспериментальным путём, для этого нужно сделать несколько голограмм с разной экспозицией отталкиваясь от теоретической, например 5, 10, 15, 20 с, при нахождении наиболее яркой области можно провести цикл с меньшей дискретностью, например уже в 1 с. Важно также помнить, что недостаточная экспозиция сказывается на яркости изображения в гораздо меньшей степени, чем чрезмерная. Для определения оптимальной экспозиции не обязательно использовать по одной пластинке для каждого периода времени, их можно разрезать или просто перекрыть пучок света от лазера непрозрачным материалом и постепенно его открывать, главное при этом не прикасаться к оптическому столу и элементам схемы.

Чувствительность может отличаться от партии к партии и заметно изменяться во время хранения, поэтому данную процедуру нужно проводить для всех новых фотоматериалов и после нескольких месяцев их хранения. А время экспозиции пересчитывать при любом изменении оптической схемы.

Запись голограммы

Итак, все готово для записи голограммы. Собрана голографическая схема, куплены фотопластинки, измерено время экспонирования. Если размер купленных фотопластинок не соответствует размеру голограммы, надо самому вырезать фотопластинки требуемого размера, например, 9х12 см. Для этого заранее сделайте чертеж на листе белой бумаги и приобретите стеклорез. Качество резки стекла сильно зависит от стеклореза. Желательно пользоваться алмазным стеклорезом — он дает более ровную линию реза и меньше стеклянных осколков. Заранее потренируйтесь на куске обычного стекла, пока не добьетесь стабильной и качественной резки — при слабом свете все движения должны быть тщательно отработаны.

Вырежьте стеклорезом обычную стеклянную пластинку под размер голограммы и положите ее на три опоры эмульсионной стороной к объекту. Закройте передний торец пластинки уголком из черной бумаги. Это необходимо для того, чтобы опорный пучок не попал на торец фотопластинки и не вызвал переотражений внутри стекла, что проявляется в виде ряда параллельных темных полос на изображении. Если тень от уголка падает на объект съемки или фон, надо удлинить фотопластинку, например, до размера 9х14. Лишний кусок фотопластинки можно будет обрезать перед оформлением голограммы в рамку. Вырежьте лист красной или черной бумаги под размер голограммы и положите его на стеклянную пластинку. Проверьте равномерность освещения пластинки и, при необходимости, отрегулируйте положение пучка. Перекройте пучок листом черной бумаги так, чтобы его можно было легко убрать для начала экспонирования.

Выключите белый свет и включите слабый зеленый свет, к которому фотопластинки не чувствительны. Наденьте тонкие резиновые перчатки. Откройте коробку с фотопластинками, вытащите одну и положите на трафарет эмульсионной стороной к объекту. Определить, где стеклянная подложка, а где эмульсионная сторона легко. Дыхните на поверхность пластинки. Если поверхность запотела, значит, это стекло. Если нет, значит это эмульсионный слой (желатина поглощает влагу из воздуха). Резать фотопластинку можно только со стороны стеклянной подложки. После каждой резки стряхивайте трафарет от осколков стекла, иначе эмульсионный слой может быть поцарапан. Если вы нарезали несколько пластинок, соберите их парами через пластмассовые прокладки эмульсионной стороной внутрь и заверните в черную бумагу или положите в светонепроницаемую коробку. Нарезайте пластинки непосредственно перед экспонированием — от контакта с бумагой срок хранения фотопластинок уменьшается. Потому на заводе их всегда упаковывают парами через торцевые прокладки эмульсионной стороной внутрь.

Возьмите пластинку и посмотрите на просвет на слабо зеленый фонарь. Если вы заметите пылинки или стеклянные осколки на поверхности пластинки, аккуратно удалите их мягкой кисточкой. Если стеклянные осколки не удаляются кисточкой, их можно осторожно удалить острым ножиком или лезвием бритвы, но только со стороны стеклянной подложки. После проверки фотопластинки аккуратно положите пластинку на опоры и закройте передний торец уголком из черной бумаги. Дайте отстояться пластинке одну минуту. Это необходимо для устранения механических и тепловых напряжений в пластинке перед экспонированием, которые могут вызвать микросмешения пластинки и ухудшение качества голограммы. Согласно расчетам, сдвиг интерференционной картины по отношению к пластинке не должен превышать 0,005 мкм. Время стабилизации увеличивается с увеличением размера фотопластинки. Для голограмм форматом 18х24 см время стабилизации должно быть не менее 5 мин.

Откройте лазерный пучок и проэкспонируйте фотопластинку. Старайтесь находиться при этом подальше от пластинки, чтобы ваши движения не повлияли на положение фотопластинки. В идеальном случае можно изготовить фотозатвор с дистанционным управлением и экспонировать голограмму из соседней комнаты. Тогда влияние механических и тепловых колебаний воздуха на фотопластинку во время экспонирования будет полностью исключено. Если все же яркость голограммы окажется невысокой, необходимо проверить, насколько хорошо гасит вибрации и смещения стол, но котором записывается голограмма.

Приготовление химрастворов

Химико-фотографическая обработка голограмм является одним из самых ответственных этапов изготовления голограмм, в первую очередь потому, что растворы для химобработки голограмм нельзя купить в магазине и их приходится готовить самостоятельно. От аккуратности составления химрастворов очень сильно зависит качество голограммы. Как и в фотографии, в голографии существует множество рецептов химобработки голограмм для разных типов фотопластинок и схем записи голограмм. Мы не будем рассматривать экзотические рецепты и методики и остановимся на стандартном для фотопластинок ПФГ-03 методе химобработки. Вы уже знаете, что эти фотопластинки имеют высочайшую разрешающую способность, для того, чтобы на них можно было зарегистрировать мельчайшую интерференционную картину отражающей голограммы, записанной в схеме Денисюка. Главной задачей процесса проявления голограммы Денисюка является сохранение этой интерференционной картины в проявленной голограмме.

Приготовление проявителя

Обычные, фотографические, проявители, относящиеся к классу «химических» проявителей, не подходят для этой цели. В процессе проявления микрокристаллы бромистого серебра в эмульсионном слое фотопластинки превращаются в нитевидные клубки металлического серебра по размеру сравнимые или превышающие размеры периода интерференционной картины. По этой же причине проявленные негативные пленки и фотоотпечатки имеют черный цвет изображения — нитевидные серебряные клубки поглощают свет, что никак не скажешь об обычной серебряной пластинке. Для проявления сверхвысокоразрешающих фотопластинок ПФГ-03 используют так называемые «физические» проявители. В этих проявителях присутствует специальный компонент — роданид аммония, который растворяет кристаллы бромистого серебра. Практически аналогичный процесс происходит и в закрепителе, но в проявителе под действием проявляющих веществ атомы бромистого серебра, находящиеся в растворе, восстанавливаются до металлического серебра и опять осаждаются на микрокристаллы бромистого серебра (этот процесс называется диффузионным переносом). Кинетика этого сложнейшего химического процесса такова, что после проявления получаются компактные зерна металлического серебра, имеющие размеры, близкие к размерам исходного бромистого серебра. В результате интерференционная картина в проявленной голограмме полностью сохраняется.

• Фенидон 0,2 г
• Гидрохинон 5 г
• Сульфит натрия, б/в (Na₂SO₃) 100 г
• Едкий калий (KOH) 25 г
• Роданид аммония (NH₄SCN) 45 г
• Вода до 1 л

Рассмотрим кратко назначение каждого химиката.

1. Метилфенидон (фенидон) и гидрохинон — проявляющие вещества. Эти вещества в паре работает гораздо активнее, чем каждый в отдельности.
2. Сульфит натрия — предотвращает быстрое окисление проявляющих веществ и стабилизирует работу проявителя. Обеспечивает мелкозернистое проявление за счет частичного растворения микрокристаллов бромистого серебра.
3. Едкий калий — создает щелочную среду в проявителе. Проявляющие вещества могут активно работать только в щелочной среде.
4. Роданид аммония — самый «голографический» компонент проявителя (в фотографических проявителях его не используют). Активно растворяет кристаллы бромистого серебра, обеспечивает сверхмелкозернистое проявление.

Для приготовления проявителя необходимо иметь:

• все перечисленные химикаты
• весы с точностью взвешивания 0,01 г
• термометр с точностью измерения температуры 0,1 градуса
• две колбы на 1л, мензурку с делениями по 1 мл
• дистиллированную воду

Нарежьте несколько листов бумаги А4 пополам и сделайте навески каждого химиката на отдельной бумаге. Работать с химикатами необходимо в резиновых перчатках. Особую осторожность соблюдайте с едким калием. Не допускайте его попадания на кожу и одежду. Фенидон и метилфенидон плохо растворяются в воде и хорошо растворяются в растворе щелочи. Налейте в колбу примерно 300 мл воды и растворите в ней щелочь (едкий калий). Подсыпайте щелочь небольшими порциями, активно перемешивая раствор пластмассовой палочкой. Растворение щелочи в воде — экзотермическая реакция (реакция с выделением теплоты), поэтому, если высыпать в воду сразу всю навеску щелочи, колба может лопнуть от перегрева. После полного растворения щелочи, растворите фенидон. Раствор примет слегка розоватый оттенок.

Налейте во вторую колбу 500 мл воды и последовательно растворите сульфит и роданид аммония. Роданид аммония имеет неприятный запах аммиака, поэтому проводите работы в хорошо проветриваемом помещении или под вытяжкой. После полного растворения всех химикатов слейте, интенсивно перемешивая, оба раствора вместе и долейте водой до 1 л. Готовый проявитель должен быть совершенно прозрачным и иметь резкий запах аммиака. Отфильтруйте проявитель с помощью ватного тампона и воронки, перелейте в бутылку с герметичной пробкой, подпишите бутылку (название проявителя и дата изготовления) и поставьте ее в холодильник. В холодильнике проявитель может храниться не менее месяца.

Тщательно сполосните колбы, воронку и палочку для перемешивания под проточной водой. Если проявитель получился мутным, имеющим бурый или иной цвет, содержит хлопья или осадок из нерастворенных химикатов, или не имеет запаха аммиака, значит, какой-то химикат непригоден для использования. Проверьте правильность наименований и срок годности всех химикатов, точность навесок и повторите приготовление проявителя.

Приготовление фиксажа

Чтобы проявленная голограмма не потемнела со временем под воздействием света, неэкспонированные микрокристаллы бромистого серебра должны быть удалены из эмульсионного слоя. Для этого фотопластинка обрабатывается фиксирующим раствором, в котором оставшиеся микрокристаллы бромистого серебра растворяются и выводятся из эмульсионного слоя. Для фиксирования фотопластинок ПФГ-03 используется простейший нейтральный фиксаж. Микрокристаллы бромистого серебра имеют очень маленькие размеры и их растворение в фиксаже происходит буквально за считанные секунды. Некоторые специалисты даже уверяют, что фиксировать фотопластинки после проявления в ГП-3 вообще нет необходимости, так как большая часть бромистого серебра уже растворилась в проявителе. Это верно, но, для большей сохранности голограммы все же следует фиксировать фотопластинки.

Растворите сульфит натрия в 700 мл воды. Затем растворите тиосульфат натрия и доведите объем раствора до 1л. Растворение тиосульфата является эндотермической реакцией (реакция с поглощением тепла), поэтому воду для раствора желательно подогреть до 40-50 градусов. Готовый фиксаж совершенно прозрачен и не имеет запаха. Отфильтруйте раствор, перелейте в бутылку с герметичной пробкой, подпишите и поставьте бутылку в холодильник. Тщательно сполосните колбы, воронку и палочку для перемешивания под проточной водой.

Приготовление спиртовых растворов для сушки голограмм

Для качественной сушки голограмм после химобработки используют растворы этилового спирта. Можно сушить голограмму сразу в 95%-м спирте. Но в этом случае спирт быстро набирает воду и качество сушки быстро ухудшается. Поэтому, для большей экономии спиртов сушку проводят в три этапа — последовательно в 50%-м, 80%-м и 95%-м спиртах. Приготовьте растворы спиртов в следующей последовательности: 50%-й спирт — слейте вместе и перемешайте 500 мл воды и 500 мл спирта, 80%-й спирт — слейте вместе и перемешайте 200 мл воды и 800 мл спирта. Растворы спиртов разлейте по герметичным бутылкам, подпишите и поставьте в холодильник.

Проявление голограммы

Приготовленный проявитель является концентрированным. Рабочий раствор готовят непосредственно перед проявлением, разбавляя концентрированный раствор в соотношении 15/400, т. е. на каждые 400 мл рабочего раствора берут по 15 мл концентрированного проявителя. Налейте в мензурку 15 мл проявителя, перелейте его в колбу и разбавьте дистиллированной водой до 400 мл. Тщательно перемешайте и дайте отстояться не менее 5 мин, иначе неоднородность раствора проявителя может отразиться на качестве голограммы. При разбавлении можно подогнать температуру проявителя, которая должна быть в пределах 18-19 градусов. Температура закрепителя должна быть такой же.

Подготовьте шесть ванночек соответствующего размера. В первую налейте проявитель, во вторую — фиксаж. Выключите белый свет и включите слабый зеленый свет, к которому фотопластинка не чувствительна. Аккуратно достаньте экспонированную фотопластинку из коробки, положите ее в проявитель эмульсионной стороной вверх и включите секундомер. Закройте ванночку с фотопластинкой третьей, пустой ванночкой. Это стабилизирует температуру проявителя и позволит обезопасить фотопластинку от случайной засветки. Покачивайте ванночку несколько раз в минуту. Время проявления голограммы в проявителе ГП-3 — 5-10 мин.

По окончании проявления вылейте проявитель (он работает на истощение и не может использоваться вторично) и переложите фотопластинку в ванночку для промывки на 1-2 мин. Берите фотопластинку только за торцы! Желатиновый слой разбухает в воде и становится очень мягким и непрочным. Малейшее прикосновение к нему пальцами может привести к неустранимому повреждению и даже отделению слоя от стеклянной подложки.

После промывки переложите пластинку в фиксаж на 1 мин, покачивая через каждые 5-10 сек. По окончании фиксирования можно включить белый свет и провести окончательную промывку в течение 10 мин.

Пока голограмма промывается, можно оценить качество ее химобработки по цвету эмульсионного слоя в экспонированных и не экспонированных местах. Голограмма в экспонированных местах должна быть прозрачной и иметь светло-коричневатый цвет. Такой цвет эмульсии — признак правильно проведенного мелкозернистого проявления. Так отражают свет мельчайшие и компактные зерна металлического серебра. Если голограмма практически прозрачна или, наоборот, имеет темно-коричневый цвет, значит, проявление прошло неудачно. Возможно, была неправильно подобрана концентрация проявителя.

Не экспонированные места голограммы (например, под уголком, закрывающим передний торец фотопластинки) должны быть непрозрачными и иметь серо-зеленый цвет. В этих местах не было экспонированных микрокристаллов бромистого серебра с образовавшимися на их поверхности центрами скрытого изображения, которые определяют селективность действия физического проявителя. В результате, в процессе проявления, происходит спонтанное осаждение атомов серебра из раствора на случайные микрокристаллы бромистого серебра и проявление имеет хаотический, неселективный характер. Поэтому не надо удивляться тому, что голограмма смотрится как бы противоположно обычным фотопластинкам — там, где она была экспонирована, там она более прозрачна. Это обстоятельство отражает специфический механизм физического проявления.

Цвет эмульсии в не экспонированных местах так же имеет значение для оценки качества фотопластинок. Если цвет серо-зеленый, значит эмульсия свежая и вуалеобразование незначительно. Если цвет не экспонированных участков темно-серый или даже черный, значит, вуалеобразование усилилось и происходит селективное проявление даже неэкспонированных кристаллов. Это говорит о том, что фотопластинки начинают стариться и их надо быстрее «превратить» в голограммы. Вуалеобразование начинается с краев фотопластинки и постепенно доходит до центра. Этот процесс довольно медленный, тем не менее, надо периодически делать проверку фотопластинок для контроля их состояния.

Сушка голограммы

Операция сушки голограмм и ее влияние на качество голограммы заслуживают особого внимания. На самом деле эту операцию нельзя назвать сушкой в прямом смысле этого слова. На самом деле, целью этой операции является удаление воды только с поверхности голограммы. Именно остатки воды на поверхности эмульсионного слоя и вызывают дефекты. Вода, которая содержится внутри эмульсионного слоя, постепенно испаряясь, не причиняет никакого вреда голограмме.

Как это ни странно, но эмульсионный, желатиновый, слой фотопластинки имеет отчасти гидрофобные свойства, т. е. отталкивает воду. В этом легко убедиться, посмотрев, как стекает вода с голограммы при химобработке. Она собирается в отдельные струи и капли, которые остаются на поверхности фотопластинки, даже если ее держать вертикально над ванночкой. Механизмы проникновения воды (и водных растворов) в гидрофобный эмульсионный слой и деформации эмульсионного слоя при высыхании поверхностной воды до сих пор детально не выяснены, но очевидно, что именно остатки этих струй и капли являются главной причиной цветных разводов на голограмме.

Для равномерного удаления поверхностной воды можно добавить в воду так называемые поверхностно-активные вещества, ПАВ (они всегда содержаться в шампунях и моющих средствах). Они повышают гидрофильные свойства эмульсионного слоя и облегчают стекание воды с фотопластинки. Но этот процесс довольно медленный (занимает несколько часов) и качество сушки сильно страдает от пылинок, мелких стеклянных осколков и взвеси из проточной воды, прилипших к поверхности эмульсионного слоя. Вокруг каждого такой соринки неизбежно появляются цветовые пятна. Более быстрым и надежным способом сушки голограмм является сушка этиловым спиртом. Одним из первых, кто обратил внимание на особенность спиртовой сушки голограмм, был ученый S. Mc Grew, который исследовал механизм получения голограмм на бихромированной желатине (БХЖ). Он обнаружил, что спирт, проникая в эмульсионный слой, вытесняет из него воду (это называется дегидратация) только в непосредственной близости от поверхности эмульсионного слоя. Образуется как бы тонкая «корочка» сухой желатины, которая препятствует выходу и испарению воды находящейся внутри эмульсионного слоя. Это обстоятельство способствует проведению качественной сушки голограммы.

Для экономии спирта обычно используют три спиртовых раствора с 50%-й, 80%-й и 95%-й концентрацией спирта. Аккуратно возьмите фотопластинку из ванночки с проточной водой и, после стекания воды, положите в ванночку с 50%-м спиртом. Для удаления поверхностной воды приподнимите один край голограммы из ванночки на угол 40-50 градусов и дайте стечь спирту в течение 10-15 сек. Спирт увлекает за собой воду с поверхности фотопластинки. Если вы используете ванночки из прозрачного пластика, можете увидеть вблизи нижнего края голограммы, находящегося в спирте, слабые прозрачные неоднородности — свили. Это еще не растворенная в спирте вода, стекшая с фотопластинки. Подняв, таким образом, фотопластинку из ванночки 4-5 раз, можно убедиться, что свилей становится все меньше и меньше — вода уходит с поверхности фотопластинки. Процедуру повторяют в каждой ванночке, последовательно повышая концентрацию спирта.

После поставьте фотопластинку углом на фильтровальную бумагу, или обычную салфетку. Начинается второй, уже обычный, этап сушки — испарение воды из эмульсионного слоя. Процесс испарения замедляется наличием сухой «корочки», но, так как поверхностной воды уже нет, а ее объем значительно превосходил объем воды внутри эмульсионного слоя, время сушки не превышает получаса. На голограмме постепенно появляется изображение. Точнее, оно переходит из инфракрасной области спектра в видимую, по мере того, как толщина эмульсионного слоя, теряющего воду, возвращается в исходное состояние. Однако окончательный цвет изображения будет уже не красным, как цвет излучения лазера, а будет находиться в пределах от оранжевого до зеленого цвета, в зависимости от уровня влажности в помещении и степени задубленности эмульсионного слоя. Это связано с тем, что после фиксирования и удаления не проявленного бромистого серебра толщина эмульсионного слоя немного уменьшилась. Голограмма готова для окончательного оформления.

Оформление голограммы

Основными операциями оформления голограммы являются покраска, обрезка, зачистка, оформление в рамку и освещение готовой голограммы. Эмульсионный слой голограммы непрочный и может легко повредиться от случайного прикосновения, поэтому, его надо защитить — покрасить черной краской или заклеить черной самоклеющейся пленкой. Черный цвет защитного покрытия делает голограмму непрозрачной. Это повышает контраст изображения и позволяет использовать для оформления голограммы в рамку задники любого цвета.

Для покраски голограммы используйте быстросохнущую краску в аэрозольной упаковке для покраски автомобилей. Она дает более равномерное покрытие и ей удобнее пользоваться. Иногда в баллонах с некачественной краской находится немного воды. Перед покраской голограммы направьте струю краски из нового баллона на кусок бумаги или картона. Если краска пузырится, значит, в ней может находиться вода. Попробуйте сначала покрасить забракованную голограмму. Если на голограмме после полного высыхания краски остались красные пятна и разводы, значит, в краске содержится вода и ее надо заменить. Для получения плотного, непрозрачного покрытия желательно наносить последовательно два слоя краски. Когда влажность в помещении повышена, после нанесения даже хорошей краски, изображение на голограмме тоже краснеет (влага из воздуха частично увлекается струей краски), но после полного высыхания краски, которое может длиться несколько часов, цвет изображения полностью восстанавливается.

Защита голограммы черной самоклеющейся пленкой более предпочтительна, потому, что пленка более прочная, чем слой краски и не требуется проветривать помещение. Пленку можно наносить вручную, или фотороликом для глянцевания фотографий. При наклейке пленки надо быть очень аккуратным и стараться, чтобы под пленкой не появились воздушные пузыри, которые практически невозможно удалить после окончания наклейки пленки. Пузыри могут появиться и на соринках, которые остались на поверхности голограммы, поэтому еще раз постарайтесь убрать все соринки с поверхности голограммы. Необходим определенный опыт для того, чтобы качественно наклеивать пленку. Заранее потренируйтесь на обычных стеклянных пластинках. После наклейки пленки обрежьте выступающие края острым ножом.

После защиты эмульсионного слоя можно приступить к следующей операции — обрезке голограммы. Размер голограммы может не совпадать с размером рамки, в которую вы хотите ее оформить. Например, этому могут помешать неэкспонированные края голограммы. Для обрезки голограммы требуется стеклорез, линейка и, конечно, серьезный опыт владения стеклорезом. В крайнем случае, можно обратиться за помощью в магазин, где продают оконное стекло. Обрезайте голограмму под размер на 1-2 мм меньше размера рамки. Чтобы не порезать руки, работайте в резиновых перчатках.

Непосредственно перед оформлением голограммы в рамку необходимо протереть ее стеклянную поверхность, так как на ней могут остаться следы спиртовой сушки, отпечатки пальцев и т.д. Используйте бытовую жидкость для протирки стекол. Сначала протрите голограмму кусочком ваты, смоченной жидкостью, затем насухо протрите чистой тряпкой. Не допускайте попадания жидкости на эмульсионную сторону — она может проникнуть даже через слой краски и испортить голограмму.

Последняя операция — оформление голограммы в рамку. Аккуратно вставьте голограмму в рамку, закройте ее картонным задником и закрепите гвоздиками или специальными скобками. Голограмма готова. В заключение несколько слов об освещении голограммы. Освещение голограммы является исключительно важным моментом для получения качественного объемного изображения. Источник освещения должен быть ярким и иметь как можно меньшие размеры. Только тогда изображение, восстановленное голограммой, будет резким по всему объему. Для освещения голограммы не подходят лампы дневного света, светильники с большими плафонами, люстры с несколькими лампочками, солнце, закрытое облаками и т. д. Голограмма должна освещаться под тем же углом, под которым падал опорный пучок при записи голограммы. Оптимальное расстояние от галогенной лампы до центра голограммы — 30-40 см для маленьких голограмм (до 18х24 см) и 60-80 см для голограмм большого формата (до 30х40 см). Осветитель можно смонтировать на стене независимо от голограммы или укрепить непосредственно на рамке.

Источник