彩色全息記錄材料介紹
發(fā)布時間：2024-05-27 點擊：80
全息記錄材料可分為無機和有機兩大類。大致有鹵化銀乳膠、重鉻酸鹽明膠、感光性高分子、光導(dǎo)熱塑性塑料、光致各向異性材料、光致折變材料等，其中應(yīng)用最廣泛的是鹵化銀乳膠和重鉻酸鹽明膠感光材料。根據(jù)記錄材料吸收光后材料性能變化的類型大致又可分為透射型、折射型、浮雕型和混合型四種。在全息印刷中主要使用的則為透射型的鹵化銀、折射型的重鉻酸明膠和浮雕型的光致抗蝕劑，屬折射和浮雕混合型的以漂白處理方式使用的鹵化銀材料等。
記錄材料的選擇應(yīng)從兩個方面考慮。一是記錄波長，有單波長記錄和多波長記錄兩種情況。另一是全息圖的類型，有透射全息圖和反射全息圖的區(qū)別。前者要考慮記錄材料的靈敏波長，后者考慮記錄材料的厚薄。單波長記錄的透射式全息圖，多用紅敏的記錄材料，如國產(chǎn)的天津全息i型和ii型，agfa8e75，ilford sp696t，sp673和俄羅斯的prg—03等銀鹽干版，和光導(dǎo)熱塑片等；藍敏的用天津全息iii型，8e56銀鹽于版和光致抗蝕劑等。
單波長記錄反射全息圖多用dcg版(藍敏)，光致聚合物(紅敏或藍敏)和8e56hd、8e75hd銀鹽干版等。多波長記錄透射全息圖常用649f,8e56銀鹽干版。反射全息圖常用8e56hd和8e75hd記錄夾層全息和俄羅斯prg—03全色銀鹽干版；雙色dcg版；新興起的光致聚合物有杜邦公司hrf系列和ommi dex全息膠片系列。為了方便詳細介紹全息常用記錄材料的特點，下面先簡要介紹反映記錄材料性能的幾個主要特性參數(shù)。
全息記錄材料的特性參數(shù)
1,靈敏度
靈敏度是記錄材料在接受光的作用后，其反應(yīng)的靈敏程度。
因為記錄過程是一種光化學(xué)作用，光子的能量與波長有關(guān)，波長愈長光子的能量愈小，而每一種記錄材料都有一個波長的紅限，波長大于紅限的光對該材料不能起光化學(xué)反應(yīng)。此外，每一種材料都有它自己的吸收帶，只有在吸收帶內(nèi)的波長才能起光化學(xué)反應(yīng)作用。這就是記錄介質(zhì)對光譜靈敏程度不同的原因。
2 ,光譜靈敏度
因為記錄過程是一種光化學(xué)作用過程，光子的能量與波長有關(guān)，波長愈長光子的能 量愈小，通常每一種記錄介質(zhì)都有一波長的紅限．波長大于紅限的光不能起光化學(xué)作用。另外對每一種記錄介質(zhì)都有它的吸收帶，在吸收帶內(nèi)的波長才能起光化學(xué)作用，這就是光譜靈敏度。必須在該波段有吸收帶。圖5—8畫出國產(chǎn)i型和i型全息干版kador 649f、ilford和agfa全息干版的特性曲線。
3, 衍射效率
衍射效率定義為全息圖衍射成像的光通量與再現(xiàn)照明光總光通量之比。衍射效率不僅與記錄介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，還與全息圖的類型和條紋的調(diào)制度有關(guān)。一般說來位相型記錄材料的衍射效率較振幅型的高。條紋調(diào)制度則與參、物光束比有關(guān)。對于同一種記錄材料，衍射效率還與全息圖的空間頻率有關(guān)。表列出不類型理想全息圖的理論衍射效率。
表 理想記錄介質(zhì)的衍射效率的理論值
全息圖類型
薄透射全息圖
調(diào)制方式
余弦振幅
矩型振幅
余弦位相
矩型位相
衍射效率
0．063
0．101
0．339
0．404
全息圖類型
厚反射全息圖
薄反射全息圖
調(diào)制方式
余弦振幅
矩型振幅
余弦位相
矩型位相
衍射率
0．037
1．000
0．072
1．000
4,分辨率
記錄材料的分辨率通常以1mm長度中能夠識別的線對數(shù)來表示，即記錄材料所能記錄的曝光強度的空間調(diào)制的最大空間頻率，其單位是1/mm。普通照相用膠卷的分辨率只需要200線/mm就夠了。記錄全息圖時，對記錄材料分辨率的要求與參、物光束的夾角有關(guān)。
5,特性曲線
特性曲線表示與記錄材料有關(guān)的一些參量之間的關(guān)系，普通照相用 曲線， 是光密度，也稱黑密度，它等于透射率 的倒數(shù)的對數(shù)， 是振幅透射系數(shù)，h是記錄材料曝光量。在全息術(shù)中常用更為合適的h曲線。理想的振幅記錄材料的 曲線應(yīng)當(dāng)是線性的。
對于位相記錄材料，透射函數(shù)中位相的改變 隨曝光量的改變而改變。理想的位相記錄材料 －h(huán)曲線應(yīng)當(dāng)是線性的。實際的位相記錄材料在適當(dāng)?shù)钠毓饬糠秶鷥?nèi)有一個線性區(qū)域可以利用。
在全息制版中全息圖的衍射效率是個很重要的參量，衍射效率與記錄材料、曝光強度的調(diào)制度、曝光量的大小都有關(guān)系。為了提高全息原版的質(zhì)量，優(yōu)化制版工藝，應(yīng)當(dāng)分析記錄材料在不同曝光量條件衍射效率與曝光強度的調(diào)制度v的關(guān)系，即以h0為參數(shù)的 曲線；或者在不同調(diào)制度情況下衍射效率與曝光量的關(guān)系，即在v為參量的 曲線。
6,噪聲
記錄材料的噪聲是指材料本身的粒度不均勻性和表面的粗糙度造成的散射光。曝光顯影處理以后噪聲還會增加，如非線性記錄產(chǎn)生的噪聲，參考光和物光波的散射光間產(chǎn)生的干涉條紋或散斑等。對于銀鹽干版，顯影的速度以及漂白處理等過程都會使顆粒度增加，產(chǎn)生噪聲。
常用的全息記錄材料
理想的記錄材料應(yīng)當(dāng)對曝光所用的波長有高靈敏度、高分辨率、低噪并且具有線性的 曲線。從生產(chǎn)的角度來考慮還應(yīng)該具有能夠重復(fù)使用和價格便宜等優(yōu)點。實際上對某一種記錄材料來說是不可能同時滿足這些條件的。
1,鹵化銀乳膠
鹵化銀感光材料是最常用的一種全息材料，它具有高靈敏度、光譜響應(yīng)寬、分辨率高和通用性強等優(yōu)點，但衍射效率和信噪比低。鹵化銀乳膠片分為膠片（軟片）和干版（硬片）兩種，其主要結(jié)構(gòu)是感光層和片基，感光層又稱乳膠層，由超微粒鹵化銀（主要成分為agbr和agcl）晶粒懸浮在明膠中，再加上一定的敏化劑制成的乳膠，其厚度一般為0．01～5μm，乳膠附著在片基上，習(xí)慣上把片基為玻璃板的稱為全息干版，而片基為醋酸鹽和滌綸片等膠片的則稱全息軟片。作為全息用的鹵化銀乳膠中微粒度要求為0．03～0．09μm。
由于粒度越小感光靈敏度越低，所以全息干版的曝光量較普通照相干版大得多。全息干版的標(biāo)準(zhǔn)顯影劑是d19，這種顯影劑能得到較高的值。顯影后的銀顆粒大小為0．1～0．2μm。細微粒的顯影劑是d76，顯影出的銀粒呈絲狀。銀顆粒越細，全息圖的衍射效率可以提高，同時噪聲降低。如果銀的粒度小于波長，則瑞利散射可以適用。超細微粒干版用d76稀釋顯影液顯影，干版呈棕紅色，銀的粒度為0．005～0．025μm，全息圖的衍射效率可以達到40％。另一種提高衍射效率的方法是用d76顯影及f5定影后，再用r10（nacl）漂白，然后用強光照射，使全息圖上曝光部分的生成物為光解銀，其粒度為0．01μm。全息的衍射也可以提高。
全息干版經(jīng)曝光和顯影處理后得到振幅型全息圖，如果經(jīng)過漂白處理則成為位相型的全息圖。漂白是用氧化劑將金屬銀還原為透明銀鹽，其結(jié)果是使全息圖上曝光部分的明膠折射率不同。衍射效率的提高與上述兩者的折射率之差有關(guān)，但是并不是差值越大越好，而是有一個最佳值。漂白用的氧化劑有很多種，常用的氯化汞（hgcl2）、氯化鐵（fecl3）、鐵氰化鉀[k3fe(cn)6]、重鉻酸銨[(nh4)cr2o7]、以及溴化銅(cubr2)等。上述氧化劑與金屬銀作用后生成物及其折射率見表。
表 漂白后的銀鹽及其折射率
氧化劑
生成的銀鹽
折射率
氧化劑
生成的銀鹽
折射率
hgcl2
fecl3
cubr2
agcl
agcl
agbr
2.07
2.07
2.25
k3fe(cn)6
(nh4)cr2o7
ag4fe(cn)6
agcl
1.56
2.07
為了獲得一張高質(zhì)量的全息圖，使用和處理全息干版時還要注意一些技術(shù)性問題。全息干版在涂布乳膠后的干燥過程往往產(chǎn)生應(yīng)力，為消除這種應(yīng)力，可以將干版在使用前放置在一定濕度的容器中過一夜。全息干版的片基玻璃表面平度一般不好，在記錄時由于背面反射光的影響，產(chǎn)生一種木紋狀的干涉條紋。消除這種條紋的辦法是曝光時在干版片基玻璃的背面覆蓋一塊中性玻璃，中間加入折射率與玻璃相匹配的折射液，當(dāng)顯影時把它去掉。如果記錄反射全息圖，可以把干版放在折射率匹配的液槽中。曝光時如果光束以較大的角度斜入射在干版上，光從側(cè)面進入玻璃，將在兩表面之間發(fā)生多次反射，形成一條條的小全息圖，這會影響全息圖的質(zhì)量；消除的辦法是用光欄限制光束，使其截面小于全息干版，或擋住干版的邊緣。
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2．重鉻酸鹽明膠
重鉻酸鹽明膠是一種很好的位相型記錄介質(zhì)，它的分辨率可以達到5000線／mm。重鉻酸鹽明膠具有高衍射效率和高信噪比的優(yōu)點。缺點是感光度低，只有（3～7）×10-3j/cm2，是柯達649f的百萬分之一左右。重鉻酸鹽明膠對溫度和細菌的反應(yīng)敏感，且對環(huán)境的溫濕度敏感，怕潮濕，圖像不穩(wěn)定，容易消像，所以應(yīng)放在密閉容器中保存。鉻對人有毒。
重鉻酸鹽明膠的硬化明膠折射率可達到0．08，用于記錄體積全息時其η－h(huán)曲線。明膠有硬化和末硬化的兩種。未硬化的明膠可以制作浮雕型全息圖；硬化的明膠適合于制作折射型的位相型全息圖。由于這種材料被光照射的部分不變黑，在全息圖再現(xiàn)時不吸收光，因此其衍射率高，用它制作的體積全息圖的衍射效率可達到90％。
重鉻酸鹽明膠和其他重鉻酸鹽膠質(zhì)是應(yīng)用最早的照相材料。明膠是從動物的天然蛋白質(zhì)骨膠中提取的。明膠中摻有少量用以敏化的重鉻酸鹽后，用短波長的藍紫光照射，曝光的地方變硬，較未曝光的的地方難溶于水，水洗后可以轉(zhuǎn)成厚度、密度或兩者兼有的變化，因此可用它做全息材料，產(chǎn)生由厚度或折射率調(diào)制位相型全息圖。重鉻酸鹽明膠吸收區(qū)的波長大約為540nm，因此只能用于氬離子激光的514．5nm和488nm，或氦鎘激光的412nm波長。因為重鉻酸鹽明膠干版，不像鹵化銀干版中有微小的銀粒子，所以它的分辨率很高，可達2000～5000線／mm。
如果用氦氖激光的632．8nm波長，在明膠中還得加入其他敏化染料，常用的染料有亞甲藍和亞甲綠。
3．光致抗蝕劑
光致抗蝕劑是一種很適合于記錄薄浮雕位相型全息圖的光敏有機記錄材料。這種材料經(jīng)過曝光和顯影可以形成浮雕像。它有正型和負型兩種類型。
正型光致抗蝕劑，曝光的地方吸收光產(chǎn)生有機酸破壞交聯(lián)成為可溶性有機材料，通過顯影被溶掉；負性的光致抗蝕劑，曝光的地方因吸收光在分子間形成交聯(lián)，使有機材料硬化而變得不溶解，顯影后只有未被曝光的部分被溶解掉，留下的是凹凸不平表面的全息圖。作為全息記錄材料，光致抗蝕劑可以用離心甩膠的方法制成微米量級的薄膜，收縮及變形都很小，衍射效率高，是制作浮雕全息的很好的材料，分辨率可達到3000線／mm左右。但是用它作為浮雕全息材料存在著兩個缺點，其一是感光靈敏度低；其二是光譜響應(yīng)范圍窄。光致抗蝕劑對藍光敏感，通常用he-cd激光器的441．6nm波長曝光。光致抗蝕劑用于記錄全息圖，要求它必須與片基很好地粘結(jié)，為此只能選用正型光致抗蝕劑。
光致抗蝕劑能在光的作用下產(chǎn)生一種強酸，通過加熱能使主體樹脂發(fā)生光分解和光交聯(lián)反應(yīng)。由于產(chǎn)生的強酸可循環(huán)使用，所以可獲得高靈敏度。目前廣泛使用的光酸產(chǎn)生劑是金翁鹽，如碘金翁鹽、硫金翁鹽、鐵金翁鹽、碳金翁鹽等。如甲酚樹脂－β－萘甲酸叔丁酯－三苯基硫六氟磷金翁鹽組成的感光體系，是正型抗蝕劑，感光靈敏度達幾個mj/cm2。
國外普遍采用shipley公司的microposit－1350（az－1350）正型光致抗蝕劑。國內(nèi)有北京化工二廠生產(chǎn)的bp－212正型光刻膠。
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4．光導(dǎo)熱塑性塑料
光導(dǎo)熱塑性塑料是一種浮雕型位相記錄材料，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。光導(dǎo)熱塑性塑料干版的制造方法，是在玻璃片基上用真空鍍膜方法鍍上透明的導(dǎo)電膜，例如氧化錫，然后用化學(xué)的方法，涂布厚度為2～3μm的光電導(dǎo)體和厚度約為1μm的熱塑性塑料。光導(dǎo)熱塑性塑料的工作原理如圖1所示。
在使用時，首先在暗室中敏化光導(dǎo)熱塑性塑料。所謂敏化就是用帶有4～8kv高電壓的電網(wǎng)充電，在熱塑性塑料和透明導(dǎo)體這間建立均勻的電位差 使干版帶電并有感光性，其中d為熱塑性塑料和光電導(dǎo)體層的總厚度，ε為相應(yīng)介電常數(shù)，σ為面電荷密度，如圖1（a）所示。第二步是對干版進行曝光，曝光部分光電導(dǎo)放電，至使熱塑層在光照處的電位vˊ下降為 ，。第三步是使熱塑性塑料表面電荷再次呈現(xiàn)均勻分布，即再充電，由于光照處電容器的厚度dˊ變小，在相同電位的情況下，表面電荷密度必然增加，這樣就在熱塑層表面形成潛像，如圖1(c)所示。第四步是顯影和定影，這里的顯影過程是先對熱塑性塑料加熱致60oc左右使它軟化，它在電場作用下會變形。定型過程是冷卻，使之形成浮雕型的全息圖，如圖（d）所示。由于熱塑性塑料的熱導(dǎo)電性，光導(dǎo)熱塑性塑料可以擦除后反復(fù)使用。擦除的方法是把它加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋颖砻娴碾姾扇肯?，使塑料恢?fù)到原來的平整度冷卻。如圖（ｅ）所示。
圖 光導(dǎo)熱塑性塑料干版的結(jié)構(gòu)與工作原理
光導(dǎo)熱塑性塑料作為全息記錄材料的優(yōu)點是對可見光敏感和干顯影，適合于實時觀察，衍射率高，能重復(fù)使用，布喇格效應(yīng)很小，是較為理想的平面全息圖記錄材料。缺點是分辨率低，小于2000線／mm。
5．光致聚合材料
全息記錄用光致聚合物包括四類主要基本組分：光引發(fā)劑、乙烯基單體、增感材料和載體。每種組分都有多種材料可以使用。根據(jù)使用要求不同，可以進行不同的優(yōu)化組合。光致聚合是一種光化學(xué)過程，在光的照射下，聚合體系中產(chǎn)生活性自由基，并引發(fā)起聚合效應(yīng)使體系內(nèi)的小分子或單體被組合成大分子或聚合物。光致聚合材料可用來制作折射型或浮雕型的位相全息圖，全息圖本身有好的幾何保真度。光聚合材料作為全息記錄材料，圖像形成的機理可由圖5－20表示。曝光階段，光聚合物體系在特定波長的激光能量的作用下產(chǎn)生自由基，并聚合形成大的分子。不同位置記錄條紋光強度的分布形成了記錄材料聚合度的空間分布，再經(jīng)過顯影、定影處理形成全息圖。不同聚合度的物質(zhì)，反映在光學(xué)特性方面，就顯示出折射率的差異。
感光性高分子材料，兼有高靈敏度、高衍射效率、光譜響應(yīng)范圍寬、加工簡便、存貯穩(wěn)定等優(yōu)點，是目前研究開發(fā)的重點。感光性高分子材料從反應(yīng)機理可以分為光聚合型、光交聯(lián)型和分解型。它們可以用于制作浮雕型或折射型的位相全息。
除了上面介紹的幾種常用的全息記錄材料以外還有光色材料、光折變晶體和強電介質(zhì)材料等，詳細情況請讀者參閱有關(guān)著作。
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記錄材料的選擇應(yīng)從兩個方面考慮。一是記錄波長，有單波長記錄和多波長記錄兩種情況。另一是全息圖的類型，有透射全息圖和反射全息圖的區(qū)別。前者要考慮記錄材料的靈敏波長，后者考慮記錄材料的厚薄。單波長記錄的透射式全息圖，多用紅敏的記錄材料，如國產(chǎn)的天津全息i型和ii型，agfa8e75，ilford sp696t，sp673和俄羅斯的prg—03等銀鹽干版，和光導(dǎo)熱塑片等；藍敏的用天津全息iii型，8e56銀鹽于版和光致抗蝕劑等。
單波長記錄反射全息圖多用dcg版(藍敏)，光致聚合物(紅敏或藍敏)和8e56hd、8e75hd銀鹽干版等。多波長記錄透射全息圖常用649f,8e56銀鹽干版。反射全息圖常用8e56hd和8e75hd記錄夾層全息和俄羅斯prg—03全色銀鹽干版；雙色dcg版；新興起的光致聚合物有杜邦公司hrf系列和ommi dex全息膠片系列。為了方便詳細介紹全息常用記錄材料的特點，下面先簡要介紹反映記錄材料性能的幾個主要特性參數(shù)。
全息記錄材料的特性參數(shù)
1,靈敏度
靈敏度是記錄材料在接受光的作用后，其反應(yīng)的靈敏程度。
因為記錄過程是一種光化學(xué)作用，光子的能量與波長有關(guān)，波長愈長光子的能量愈小，而每一種記錄材料都有一個波長的紅限，波長大于紅限的光對該材料不能起光化學(xué)反應(yīng)。此外，每一種材料都有它自己的吸收帶，只有在吸收帶內(nèi)的波長才能起光化學(xué)反應(yīng)作用。這就是記錄介質(zhì)對光譜靈敏程度不同的原因。
2 ,光譜靈敏度
因為記錄過程是一種光化學(xué)作用過程，光子的能量與波長有關(guān)，波長愈長光子的能 量愈小，通常每一種記錄介質(zhì)都有一波長的紅限．波長大于紅限的光不能起光化學(xué)作用。另外對每一種記錄介質(zhì)都有它的吸收帶，在吸收帶內(nèi)的波長才能起光化學(xué)作用，這就是光譜靈敏度。必須在該波段有吸收帶。圖5—8畫出國產(chǎn)i型和i型全息干版kador 649f、ilford和agfa全息干版的特性曲線。
3, 衍射效率
衍射效率定義為全息圖衍射成像的光通量與再現(xiàn)照明光總光通量之比。衍射效率不僅與記錄介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，還與全息圖的類型和條紋的調(diào)制度有關(guān)。一般說來位相型記錄材料的衍射效率較振幅型的高。條紋調(diào)制度則與參、物光束比有關(guān)。對于同一種記錄材料，衍射效率還與全息圖的空間頻率有關(guān)。表列出不類型理想全息圖的理論衍射效率。
表 理想記錄介質(zhì)的衍射效率的理論值
全息圖類型
薄透射全息圖
調(diào)制方式
余弦振幅
矩型振幅
余弦位相
矩型位相
衍射效率
0．063
0．101
0．339
0．404
全息圖類型
厚反射全息圖
薄反射全息圖
調(diào)制方式
余弦振幅
矩型振幅
余弦位相
矩型位相
衍射率
0．037
1．000
0．072
1．000
4,分辨率
記錄材料的分辨率通常以1mm長度中能夠識別的線對數(shù)來表示，即記錄材料所能記錄的曝光強度的空間調(diào)制的最大空間頻率，其單位是1/mm。普通照相用膠卷的分辨率只需要200線/mm就夠了。記錄全息圖時，對記錄材料分辨率的要求與參、物光束的夾角有關(guān)。
5,特性曲線
特性曲線表示與記錄材料有關(guān)的一些參量之間的關(guān)系，普通照相用 曲線， 是光密度，也稱黑密度，它等于透射率 的倒數(shù)的對數(shù)， 是振幅透射系數(shù)，h是記錄材料曝光量。在全息術(shù)中常用更為合適的h曲線。理想的振幅記錄材料的 曲線應(yīng)當(dāng)是線性的。
對于位相記錄材料，透射函數(shù)中位相的改變 隨曝光量的改變而改變。理想的位相記錄材料 －h(huán)曲線應(yīng)當(dāng)是線性的。實際的位相記錄材料在適當(dāng)?shù)钠毓饬糠秶鷥?nèi)有一個線性區(qū)域可以利用。
在全息制版中全息圖的衍射效率是個很重要的參量，衍射效率與記錄材料、曝光強度的調(diào)制度、曝光量的大小都有關(guān)系。為了提高全息原版的質(zhì)量，優(yōu)化制版工藝，應(yīng)當(dāng)分析記錄材料在不同曝光量條件衍射效率與曝光強度的調(diào)制度v的關(guān)系，即以h0為參數(shù)的 曲線；或者在不同調(diào)制度情況下衍射效率與曝光量的關(guān)系，即在v為參量的 曲線。
6,噪聲
記錄材料的噪聲是指材料本身的粒度不均勻性和表面的粗糙度造成的散射光。曝光顯影處理以后噪聲還會增加，如非線性記錄產(chǎn)生的噪聲，參考光和物光波的散射光間產(chǎn)生的干涉條紋或散斑等。對于銀鹽干版，顯影的速度以及漂白處理等過程都會使顆粒度增加，產(chǎn)生噪聲。
常用的全息記錄材料
理想的記錄材料應(yīng)當(dāng)對曝光所用的波長有高靈敏度、高分辨率、低噪并且具有線性的 曲線。從生產(chǎn)的角度來考慮還應(yīng)該具有能夠重復(fù)使用和價格便宜等優(yōu)點。實際上對某一種記錄材料來說是不可能同時滿足這些條件的。
1,鹵化銀乳膠
鹵化銀感光材料是最常用的一種全息材料，它具有高靈敏度、光譜響應(yīng)寬、分辨率高和通用性強等優(yōu)點，但衍射效率和信噪比低。鹵化銀乳膠片分為膠片（軟片）和干版（硬片）兩種，其主要結(jié)構(gòu)是感光層和片基，感光層又稱乳膠層，由超微粒鹵化銀（主要成分為agbr和agcl）晶粒懸浮在明膠中，再加上一定的敏化劑制成的乳膠，其厚度一般為0．01～5μm，乳膠附著在片基上，習(xí)慣上把片基為玻璃板的稱為全息干版，而片基為醋酸鹽和滌綸片等膠片的則稱全息軟片。作為全息用的鹵化銀乳膠中微粒度要求為0．03～0．09μm。
由于粒度越小感光靈敏度越低，所以全息干版的曝光量較普通照相干版大得多。全息干版的標(biāo)準(zhǔn)顯影劑是d19，這種顯影劑能得到較高的值。顯影后的銀顆粒大小為0．1～0．2μm。細微粒的顯影劑是d76，顯影出的銀粒呈絲狀。銀顆粒越細，全息圖的衍射效率可以提高，同時噪聲降低。如果銀的粒度小于波長，則瑞利散射可以適用。超細微粒干版用d76稀釋顯影液顯影，干版呈棕紅色，銀的粒度為0．005～0．025μm，全息圖的衍射效率可以達到40％。另一種提高衍射效率的方法是用d76顯影及f5定影后，再用r10（nacl）漂白，然后用強光照射，使全息圖上曝光部分的生成物為光解銀，其粒度為0．01μm。全息的衍射也可以提高。
全息干版經(jīng)曝光和顯影處理后得到振幅型全息圖，如果經(jīng)過漂白處理則成為位相型的全息圖。漂白是用氧化劑將金屬銀還原為透明銀鹽，其結(jié)果是使全息圖上曝光部分的明膠折射率不同。衍射效率的提高與上述兩者的折射率之差有關(guān)，但是并不是差值越大越好，而是有一個最佳值。漂白用的氧化劑有很多種，常用的氯化汞（hgcl2）、氯化鐵（fecl3）、鐵氰化鉀[k3fe(cn)6]、重鉻酸銨[(nh4)cr2o7]、以及溴化銅(cubr2)等。上述氧化劑與金屬銀作用后生成物及其折射率見表。
表 漂白后的銀鹽及其折射率
氧化劑
生成的銀鹽
折射率
氧化劑
生成的銀鹽
折射率
hgcl2
fecl3
cubr2
agcl
agcl
agbr
2.07
2.07
2.25
k3fe(cn)6
(nh4)cr2o7
ag4fe(cn)6
agcl
1.56
2.07
為了獲得一張高質(zhì)量的全息圖，使用和處理全息干版時還要注意一些技術(shù)性問題。全息干版在涂布乳膠后的干燥過程往往產(chǎn)生應(yīng)力，為消除這種應(yīng)力，可以將干版在使用前放置在一定濕度的容器中過一夜。全息干版的片基玻璃表面平度一般不好，在記錄時由于背面反射光的影響，產(chǎn)生一種木紋狀的干涉條紋。消除這種條紋的辦法是曝光時在干版片基玻璃的背面覆蓋一塊中性玻璃，中間加入折射率與玻璃相匹配的折射液，當(dāng)顯影時把它去掉。如果記錄反射全息圖，可以把干版放在折射率匹配的液槽中。曝光時如果光束以較大的角度斜入射在干版上，光從側(cè)面進入玻璃，將在兩表面之間發(fā)生多次反射，形成一條條的小全息圖，這會影響全息圖的質(zhì)量；消除的辦法是用光欄限制光束，使其截面小于全息干版，或擋住干版的邊緣。
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2．重鉻酸鹽明膠
重鉻酸鹽明膠是一種很好的位相型記錄介質(zhì)，它的分辨率可以達到5000線／mm。重鉻酸鹽明膠具有高衍射效率和高信噪比的優(yōu)點。缺點是感光度低，只有（3～7）×10-3j/cm2，是柯達649f的百萬分之一左右。重鉻酸鹽明膠對溫度和細菌的反應(yīng)敏感，且對環(huán)境的溫濕度敏感，怕潮濕，圖像不穩(wěn)定，容易消像，所以應(yīng)放在密閉容器中保存。鉻對人有毒。
重鉻酸鹽明膠的硬化明膠折射率可達到0．08，用于記錄體積全息時其η－h(huán)曲線。明膠有硬化和末硬化的兩種。未硬化的明膠可以制作浮雕型全息圖；硬化的明膠適合于制作折射型的位相型全息圖。由于這種材料被光照射的部分不變黑，在全息圖再現(xiàn)時不吸收光，因此其衍射率高，用它制作的體積全息圖的衍射效率可達到90％。
重鉻酸鹽明膠和其他重鉻酸鹽膠質(zhì)是應(yīng)用最早的照相材料。明膠是從動物的天然蛋白質(zhì)骨膠中提取的。明膠中摻有少量用以敏化的重鉻酸鹽后，用短波長的藍紫光照射，曝光的地方變硬，較未曝光的的地方難溶于水，水洗后可以轉(zhuǎn)成厚度、密度或兩者兼有的變化，因此可用它做全息材料，產(chǎn)生由厚度或折射率調(diào)制位相型全息圖。重鉻酸鹽明膠吸收區(qū)的波長大約為540nm，因此只能用于氬離子激光的514．5nm和488nm，或氦鎘激光的412nm波長。因為重鉻酸鹽明膠干版，不像鹵化銀干版中有微小的銀粒子，所以它的分辨率很高，可達2000～5000線／mm。
如果用氦氖激光的632．8nm波長，在明膠中還得加入其他敏化染料，常用的染料有亞甲藍和亞甲綠。
3．光致抗蝕劑
光致抗蝕劑是一種很適合于記錄薄浮雕位相型全息圖的光敏有機記錄材料。這種材料經(jīng)過曝光和顯影可以形成浮雕像。它有正型和負型兩種類型。
正型光致抗蝕劑，曝光的地方吸收光產(chǎn)生有機酸破壞交聯(lián)成為可溶性有機材料，通過顯影被溶掉；負性的光致抗蝕劑，曝光的地方因吸收光在分子間形成交聯(lián)，使有機材料硬化而變得不溶解，顯影后只有未被曝光的部分被溶解掉，留下的是凹凸不平表面的全息圖。作為全息記錄材料，光致抗蝕劑可以用離心甩膠的方法制成微米量級的薄膜，收縮及變形都很小，衍射效率高，是制作浮雕全息的很好的材料，分辨率可達到3000線／mm左右。但是用它作為浮雕全息材料存在著兩個缺點，其一是感光靈敏度低；其二是光譜響應(yīng)范圍窄。光致抗蝕劑對藍光敏感，通常用he-cd激光器的441．6nm波長曝光。光致抗蝕劑用于記錄全息圖，要求它必須與片基很好地粘結(jié)，為此只能選用正型光致抗蝕劑。
光致抗蝕劑能在光的作用下產(chǎn)生一種強酸，通過加熱能使主體樹脂發(fā)生光分解和光交聯(lián)反應(yīng)。由于產(chǎn)生的強酸可循環(huán)使用，所以可獲得高靈敏度。目前廣泛使用的光酸產(chǎn)生劑是金翁鹽，如碘金翁鹽、硫金翁鹽、鐵金翁鹽、碳金翁鹽等。如甲酚樹脂－β－萘甲酸叔丁酯－三苯基硫六氟磷金翁鹽組成的感光體系，是正型抗蝕劑，感光靈敏度達幾個mj/cm2。
國外普遍采用shipley公司的microposit－1350（az－1350）正型光致抗蝕劑。國內(nèi)有北京化工二廠生產(chǎn)的bp－212正型光刻膠。
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4．光導(dǎo)熱塑性塑料
光導(dǎo)熱塑性塑料是一種浮雕型位相記錄材料，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。光導(dǎo)熱塑性塑料干版的制造方法，是在玻璃片基上用真空鍍膜方法鍍上透明的導(dǎo)電膜，例如氧化錫，然后用化學(xué)的方法，涂布厚度為2～3μm的光電導(dǎo)體和厚度約為1μm的熱塑性塑料。光導(dǎo)熱塑性塑料的工作原理如圖1所示。
在使用時，首先在暗室中敏化光導(dǎo)熱塑性塑料。所謂敏化就是用帶有4～8kv高電壓的電網(wǎng)充電，在熱塑性塑料和透明導(dǎo)體這間建立均勻的電位差 使干版帶電并有感光性，其中d為熱塑性塑料和光電導(dǎo)體層的總厚度，ε為相應(yīng)介電常數(shù)，σ為面電荷密度，如圖1（a）所示。第二步是對干版進行曝光，曝光部分光電導(dǎo)放電，至使熱塑層在光照處的電位vˊ下降為 ，。第三步是使熱塑性塑料表面電荷再次呈現(xiàn)均勻分布，即再充電，由于光照處電容器的厚度dˊ變小，在相同電位的情況下，表面電荷密度必然增加，這樣就在熱塑層表面形成潛像，如圖1(c)所示。第四步是顯影和定影，這里的顯影過程是先對熱塑性塑料加熱致60oc左右使它軟化，它在電場作用下會變形。定型過程是冷卻，使之形成浮雕型的全息圖，如圖（d）所示。由于熱塑性塑料的熱導(dǎo)電性，光導(dǎo)熱塑性塑料可以擦除后反復(fù)使用。擦除的方法是把它加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋颖砻娴碾姾扇肯?，使塑料恢?fù)到原來的平整度冷卻。如圖（ｅ）所示。
圖 光導(dǎo)熱塑性塑料干版的結(jié)構(gòu)與工作原理
光導(dǎo)熱塑性塑料作為全息記錄材料的優(yōu)點是對可見光敏感和干顯影，適合于實時觀察，衍射率高，能重復(fù)使用，布喇格效應(yīng)很小，是較為理想的平面全息圖記錄材料。缺點是分辨率低，小于2000線／mm。
5．光致聚合材料
全息記錄用光致聚合物包括四類主要基本組分：光引發(fā)劑、乙烯基單體、增感材料和載體。每種組分都有多種材料可以使用。根據(jù)使用要求不同，可以進行不同的優(yōu)化組合。光致聚合是一種光化學(xué)過程，在光的照射下，聚合體系中產(chǎn)生活性自由基，并引發(fā)起聚合效應(yīng)使體系內(nèi)的小分子或單體被組合成大分子或聚合物。光致聚合材料可用來制作折射型或浮雕型的位相全息圖，全息圖本身有好的幾何保真度。光聚合材料作為全息記錄材料，圖像形成的機理可由圖5－20表示。曝光階段，光聚合物體系在特定波長的激光能量的作用下產(chǎn)生自由基，并聚合形成大的分子。不同位置記錄條紋光強度的分布形成了記錄材料聚合度的空間分布，再經(jīng)過顯影、定影處理形成全息圖。不同聚合度的物質(zhì)，反映在光學(xué)特性方面，就顯示出折射率的差異。
感光性高分子材料，兼有高靈敏度、高衍射效率、光譜響應(yīng)范圍寬、加工簡便、存貯穩(wěn)定等優(yōu)點，是目前研究開發(fā)的重點。感光性高分子材料從反應(yīng)機理可以分為光聚合型、光交聯(lián)型和分解型。它們可以用于制作浮雕型或折射型的位相全息。
除了上面介紹的幾種常用的全息記錄材料以外還有光色材料、光折變晶體和強電介質(zhì)材料等，詳細情況請讀者參閱有關(guān)著作。
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