Калининградский государственный университет, г. Калининград

Возможность широкого использования изобразительных голограмм, в том числе и радужной голографической продукции, обусловлена большими достижениями в науке и технологии, основными стадиями которых являются схемы регистрации голограмм, процессы и материалы записи голограмм-оригиналов и способы их тиражирования. Для наблюдения широкого класса голограмм можно использовать полихроматические маломощные источники света типа ламп накаливания и ламп дневного света, что позволяет применять голограммы в изделиях бытового и рекламного назначения, таких как этикетки, значки, сувениры, иллюстрации в полиграфических изданиях, слайды для диапроекторов объемного изображения и др.

Следующим этапом, способствующим массовому распространению фотографии, был переход к разделенному негативно-позитивному процессу, позволявшему получать с фотопластинок конечное фотоизображение на бумаге, обладающей диффузным характером рассеяния и обеспечивающей комфортные условия наблюдения изображения. Аналогично в изобразительной голографии при портретных съемках отдельно записывается оригинал-голограмма, например, по схеме Лейта - Упатниекса, а затем производится интерференционное копирование голограмм.

Далее в фотографии был осуществлен переход к фиксации негативного изображения на пленку с последующим изменением масштаба изображения с помощью фотоувеличителя для получения позитивного отпечатка на фотобумаге. В этой части голографии еще предстоит пройти свой путь, хотя запись голограмм на фотопленку уже не экзотика.

Наконец, следующим этапом в становлении фотографии явился серийный выпуск пленочных материалов и фотоаппаратов, налаженный Дж. Истменом и организация его фирмой “Кодак” системы фотографического сервиса для массового потребителя. Именно этот этап привел к созданию современной высокорентабельной системы фотографического бизнеса. В области голографии рентабельное производство пока удалось создать только для радужной голографии, но в части получения копий она скорее ближе по технологии к полиграфии, чем к фотографии.

Даже такой беглый анализ развития фотографии, кроме исторической аналогии, показывает необходимость комплексного подхода при создании рентабельного голографического бизнеса и, одновременно проясняет причины коммерческого неуспеха усилий отдельных отечественных групп и лабораторий в этой области.

Оптическая голография [1-5], является способом интерференционной регистрации оптического поля предмета с последующим его восстановлением за счет явления дифракции. С физической точки зрения голография является развитием липпмановского способа цветной фотографии [ 6 ], где кодирование цвета осуществлялось за счет формирования объемных интерференционных структур в фотоэмульсии. Поэтому голографию в целом с физической точки зрения следует считать наукой о способах регистрации и хранения оптической информации, и основные проблемы, в ней возникающие, связаны, как правило, с взаимодействием электромагнитного излучения с веществом. В настоящей работе рассматриваются наиболее актуальные вопросы современного этапа развития изобразительной голографии как с точки зрения оптики (формирование и управление излучением лазерных источников света), так и с точки зрения материаловедения в смысле разработки голографических регистрирующих сред. Следует подчеркнуть, что настоящая статья не является полноценным научным обзором, а посвящена изложению взглядов и мнений авторов, возникшим в результате реализации ряда практических проектов по изобразительной голографии в Москве, Казахстане и Приднестровье.

Технология получения изобразительных голограмм, восстанавливаемых в белом свете, разработана в середине 60-х годов, однако до настоящего времени голография по масштабам распространенности и объемам производства не приблизилась к традиционной фотографии (за исключением тисненных радужных голограмм). Это обусловлено целым рядом технических сложностей, присущих современной технологии съемки и тиражирования изобразительных голограмм. В частности, в настоящее время при записи мастер-голограмм в подавляющем большинстве случаев используются лазеры непрерывного излучения, что накладывает жесткие ограничения на условия съемки (необходимость повышенной виброизоляции, стабильность температуры и других параметров окружающей среды). Указанные сложности многократно возрастают при увеличении формата голограмм. Поэтому отражательные голограммы, особенно большого формата, до сих пор остаются уникальными изделиями и изготавливаются лишь в условиях специализированных лабораторий при участии специалистов высшей квалификации. Кроме того, при использовании лазеров непрерывного излучения оказывается принципиально невозможной голографическая съемка живых объектов, например, портретов человека. Для съемки мастер-голограмм живых объектов в настоящее время используются импульсные лазеры на рубине или неодимовом стекле с последующим интерференционным копированием. Однако монохроматичность таких голографических изображений при полной реалистичности деталей делает их "неживыми", "замороженными", что зачастую производит отталкивающее впечатление. При копировании таких голограмм с помощью лазеров непрерывного излучения возникают искажения масштаба, связанные с разницей длин волн лазеров, используемых при съемке оригиналов и их копировании.

Принципиально налаживание серийного выпуска цветных изобразительных голограмм возможно на базе техники интерференционного копирования, однако для этого необходимо преодолеть ряд технических сложностей, присущих существующей технологии:

• - в настоящее время интерференционное копирование голограмм в большинстве случаев осуществляется с помощью лазеров непрерывного излучения со всеми присущими им недостатками: необходимость виброизоляции, стабильность параметров окружающей среды, большие времена экспонирования, большой процент брака и, как следствие, низкая производительность.
• - существующие мощные импульсные голографические лазеры рассчитаны в основном на интерферометрические приложения, поэтому они имеют излишне усложненную конструкцию,высокую стоимость, требуют для эксплуатации лабораторных условий и наличия специалистов высокой квалификации. Кроме того, существующие голографические лазеры являются одноцветными, т.е. при изготовлении полноцветных голограмм необходимо использовать три лазера одновременно, что приводит к чрезмерному удорожанию и усложнению системы.
• - на сегодняшний день единственными серийными фотоматериалами для съемки цветных голограмм являются фотополимеры фирмы DuPont и фотоматериал ПФГ-03Ц Российской фирмы "Славич". Однако даже эти материалы не обеспечивают возможности съемки и копирования импульсных голограмм, поскольку при экспонировании импульсами длительностью порядка 30 нс их чувствительность и дифракционная эффективность снижаются в 100 раз. Таким образом, можно лишь констатировать, что на сегодняшний день в мире практически не выпускаются серийные фотоматериалы для цветной импульсной голографической съемки.
• - для обеспечения высокой производительности необходимо также разработать аппаратуру и технологию для импульсного копирования голограмм на пленочный рулон с синхронизацией работы лазера и механизма перемотки пленки, а также оборудование для автоматизированного проявления рулонных голограмм.

Все вышеизложенное показывает необходимость комплексного подхода к решению поставленной задачи с привлечением специалистов из различных областей знаний.

Лазеры для цветной голографии. Для съемки и массового тиражирования цветных изобразительных голограмм в студийных условиях необходимо разработать надежный и относительно дешевый импульсный лазер, обеспечивающий генерацию излучения голографического качества одновременно на трех различных частотах оптического диапазона. Перспективной представляется система для регистрации, копирования и массового тиражирования цветных изобразительных голограмм, включающая в свой состав следующее оборудование (рис. 1):

• комплект выносных оптических элементов большой апертуры для формирования различных схем записи и копирования голограмм;
• систему для автоматизированного копирования и обработки голограмм на пленочном носителе.

В качестве лазерного блока для импульсной голографии практически вполне реальным представляется создание трехцветного твердотельного лазера на фосфатном неодимовом стекле. Такой лазер может иметь многокаскадную схему с одним задающим генератором. Мощное инфракрасное излучение на выходе такой системы будет преобразовано по частоте в зеленое, синее и красное излучение за счет процессов генерации второй и третьей гармоник излучения неодимового лазера и генерации первых стоксовых компонент вынужденного комбинационного рассеяния. Излучение второй и третьей гармоник может быть разделено на три пучка разного цвета. Желательные средние параметры излучения при одновременной генерации трех длин волн должны удовлетворять требованиям:

на длине волны 527 нм - 3 Дж;

на длине волны 670 нм - 3 Дж;

на длине волны 411 нм - 4 Дж;

длительность импульса 30 нс;

длина когерентности до 5 м.

Варьируя параметры оптической схемы, можно перераспределять энергию излучения системы между пучками различного цвета в широких пределах. Энергия каждого из пучков будет достаточна для экспозиции фотоматериала с соответствующей спектральной чувствительность, а совместное воздействие пучков сделает возможным съемку и копирование цветных импульсных голограмм различного формата.

Таким образом, лазерный блок должен иметь в своем составе следующие устройства:

• -задающий генератор;

• -двухкаскадный предусилитель;

• -фильтр пространственных частот с расширяющим телескопом;

• -основной канал усиления;

• -двухкаскадное ВРМБ-зеркало;

• -нелинейный удвоитель частоты на кристалле KDP;

• -сумматор частоты на кристалле KDP;

• -две кюветы со сжатым водородом для вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) света на частотах второй и третьей гармоник излучения неодимового лазера;
• система сведения трех компонентов излучения в один пучок на выходе системы

Накопившиеся при генерации и предусилении пространственные возмущения волнового фронта излучения должны устраняться в фильтре пространственных частот, представляющем собой две софокусно расположенные положительные линзы с микродиафрагмой в точке общего фокуса. От размера диафрагмы будет зависеть степень фильтрации пространственных частот и профиль излучения на выходе всей системы. Профиль излучения после фильтра пространственных частот желательно иметь гипергауссовой формы, т.е. приближающейся к прямоугольной, для лучшего заполнения апертуры усилителей с целью более эффективного энергосъема инверсии в активных элементах и повышения эффективности нелинейных процессов преобразования частоты излучения. Телескоп данного пространственного фильтра также должен обеспечить согласование диаметр пучка после предусилителя с последующим основным трактом усиления. Выходная линза телескопа обеспечивает дифракционную расходимость излучения на выходе всего лазерного комплекса.

Основной тракт усиления может состоять из двух усилителей диаметром 20 и 10 мм соответственно, разделенных телескопом Кеплера для согласования диаметра пучка с их апертурами. В качестве материала активных элементов предпочтительно использовать фосфатное стекло, которое обладает достаточно высоким коэффициентом усиления при хорошем оптическом качестве элементов большего размера. Оба усилителя будут находиться на одной оси с ВРМБ-зеркалом. Накачку активных элементов основного канала усиления, также как и предусилителя, ввиду необходимости получения большой энергии излучения предлагается выполнить традиционной ламповой. Основной канал усиления не должен срабатывать чаще одного раза в минуту. Поэтому блок питания можно минимизировать по размерам ввиду требования малого тока заряда конденсаторных батарей. Также ввиду низкой скорости основного канала усиления значительно упрощается система охлаждения всей системы.

Для обеспечения второго прохода излучения по основному каналу усиления предполагается использовать ВРМБ-зеркало, служащее также для компенсации фазовых искажений, наведенных в усилителях. Для повышения коэффициента отражения предпочтительно использовать двухкаскадную схему из двух кювет (генератор-усилитель) с четыреххлористым углеродом или титаном. Между ними предполагается установить фокусирующую линзу и нейтральный светофильтр для оптимизации параметров обращения волнового фронта. Использование ВРМБ-зеркала обеспечит гладкий профиль распределения интенсивности заданной формы на входе в систему нелинейного преобразования частоты. Использование относительно большого количества усилителей и меры по улучшению качества пучка позволят на выходе системы получить энергию излучения около 20 Дж в одиночном импульсе.

После второго прохода по основному каскаду усиления, благодаря поляризационной развязке, излучение будет направляться в нелинейный кристалл KDP, в котором будет происходить эффективная генерации второй гармоники. Благодаря гладкому профилю пучка, высокой интенсивности излучения, дифракционной расходимости излучения, оптимизации длины нелинейного кристалла, ожидается получение эффективности преобразования во вторую гармонику около 65%. В итоге на выходе из кристалла-удвоителя энергия излучения на длине волны 531 нм достигнет около 13 Дж. Это излучение будет первым (зеленым) из трех необходимых для цветной голографии. Затем излучение второй гармоники и остаток излучения на основной частоте будет попадать на нелинейный кристалл-сумматор KDP. Ожидается эффективная генерация третьей гармоники излучения неодимового лазера на длине волны 351 нм с эффективностью до 40% от суммарной падающей энергии, что составит около 7-8 Дж. Уменьшение эффективности преобразования и, соответственно, выходной энергии третьей гармоники предпочтительно осуществлять поворотом кристалла-сумматора по оси падающего излучения или подбором соответствующей длины кристалла.

Для получения второго и третьего цветов для цветной голографии - красного и синего - предполагается использовать явление вынужденного комбинационного рассеяния света. Оставшееся после кристалла-сумматора излучение второй гармоники будет фокусироваться в кювету со сжатым до 60-100 атмосфер водородом для генерации первой встречной стоксовой компоненты. Эффективность этого процесса может достигать 60-70 % при сохранении гладкого распределения интенсивности и, главное, дифракционной расходимости излучения. Выбор водорода в качестве активной среды обеспечивает максимальный частотный сдвиг и генерацию излучения на длине волны 670 нм. Это излучение будет вторым (красным), необходимым для цветной голографии, излучением. Для получения последнего (синего) цвета излучение третьей гармоники (351 нм) излучения неодимового лазера после кристалла-сумматора также будет направлено во вторую кювету со сжатым до 60-100 атмосфер водородом. Достаточно высокая (50-60%) эффективность процесса генерации первой встречной стоксовой компоненты позволит получить излучение с энергией в несколько джоулей на длине волны 411 нм. Оптимизация параметров излучения накачки, давления газа и степени фокусировки позволят получить гладкие по распределению пучки излучения в красной и синей областях спектра с дифракционной расходимостью. Излучение первых встречных стоксовых осевых компонент будет доминирующим среди остальных компонент ВКР и будет распространяться навстречу пучкам накачки. Непровзаимодействовавшее излучение накачки на частоте второй гармоники пройдет через кювету без искажений и примет участие в дальнейшем процессе некогерентного смешения частот для получения цветной голограммы. Варьируя параметры удвоения и суммирования частоты, а также процесса ВКР, можно перераспределять выходную энергию лазерного комплекса по цветам в широких пределах. Так как отправной точкой для излучения на всех частотах остается задающий генератор лазерного комплекса, излучения всех цветов оказываются синхронизированными автоматически.

Для сведения полученных пучков в один луч, излучение трех различных длин волн при помощи системы зеркал направляется на призму-поляризатор из кристалла KDP под такими углами, чтобы на выходе системы они точно совпадали. Призма поляризатор позволит избежать потерь в процессе смешения на френелевские отражения для синей составляющей, которая будет иметь поляризацию, ортогональную поляризациям красной и зеленой составляющих.

Все оптические элементы лазера должны располагаться на оптическом столе, который размещается на мобильном основании с гидроподъемником, автономной системой водяного охлаждения и снабжен герметичным пылезащитным кожухом. Систему накачки и управления лазером предполагается разместить в отдельной мобильной приборной стойке, связанной с лазером гибким кабелем. Такое устройство лазерного блока позволит свободно перемещать излучатель в пределах студии и устанавливать его в нужное положение относительно объекта съемки без переюстировки лазера.

Формирование пучков. Оптический блок обеспечивает первичное формирование опорных и объектных пучков для реализации различных схем записи и копирования голограмм (рис.1.) и включает в себя набор оптико-механических элементов малой апертуры, обеспечивающих:

• регулировку взаимного соотношения интенсивностей по каждой из длин волн (красного,синего,зеленого),приходящих от лазерного блока;
• разделение входного луча на опорные и объектные и регулировку соотношения их интенсивностей;
• формирование оптических задержек для выравнивания длин оптических путей опорных и объектных пучков для каждой из схем регистрации и копирования;
• первичное расширение опорных и объектных лучей;
• диффузное рассеяние объектных пучков;
• переключение подачи лазерного излучения в выбранную схему регистрации или копирования.

Выносные оптические элементы обеспечивают окончательное формирование опорных и объектных пучков для съемки и копирования голограмм различного формата, а также для реализации различных голографических схем. Все оптические элементы размещаются на мобильных кронштейнах, позволяющих свободно перемещать и юстировать оптику в необходимых пределах. В состав комплекта должны входить:

• набор сферических вогнутых зеркал (не менее 3 шт) диаметром до 70 см, обеспечивающих формирование коллимированных опорных и восстанавливающих пучков при регистрации и интерференционном копировании голограмм форматом до 40х60 см;
• набор сферических вогнутых зеркал (не менее 2 шт) диаметром до 150 см для интерференционного копирования голограмм форматом до 1х1,5 м;
• набор сферических выпуклых зеркал, сочлененных с диффузорами, для формирования дополнительных боковых и верхних подсветок;
• комплект держателей голограмм различного формата;
• плоское зеркало для формирования расходящегося опорного пучка при регистрации мастер-голограмм большого формата

Копирование голограмм. Система для автоматизированного интерференционного копирования голограмм на рулонный пленочный носитель предназначена для высокопроизводительного копирования голограмм на рулонной пленке и включает в себя:

• компактное мобильное устройство, обеспечивающее экспонирование голограмм формата до 40х60 см контактным способом и перемотку рулона синхронно с работой импульсного лазера со скоростью не менее одного кадра в минуту;
• - проявочную машину для фотохимической обработки рулонных голограмм. В качестве такого устройства может быть использована какая-либо из известных, но модернизированных, проявочных машин.

Объемные изображения сверхбольших габаритов. Заказчик, как правило, всегда интересуется максимально возможными габаритами объемного голографического изображения и, желательно, “висящего в воздухе” (предэкранное изображение. Поэтому получение объемных изображений сверхбольших размеров (5 метров в одном измерении и более) является одной из наиболее интересных и перспективных задач оптики, актуальность решения которой также обуславливается практическим применением в рекламе, пропаганде и улучшения архитектурного дизайна городов.

История получения сверхбольших изображений практически началась в годы первой мировой войны проекцией на облака изображения иконы Богоматери с целью психологического воздействия на войска противника, и продолжена в 20-х годах в рекламном деле созданием суперфотографий площадью свыше 200 кв.м.

Таким образом, в настоящее время имеются предварительные научно-технические результаты, делающие реальным решение задачи по синтезу сверхбольших трехмерных изображений, но отсутствуют законченные разработки. Тем не менее, можно сформулировать направления перспективных разработок в этом направлении и примерно оценить их стоимость. Способы формирования объемных изображений принято разделять на две группы - проекционные и дисплейные.

Проекционные способы более удобны для применения в архитектуре и наружной рекламе, поскольку менее зависят от атмосферных условий. Примерами успешной реализации этих способов являются голографический кинематограф (проекция кадров форматом 24 х 70 мм на экран размером 100 х 150 см) и лазерные сканирующие системы для построения изображений (например, на водном фонтане - размер до 25 х 25 м). Перспективными для разработки среди таких способов следует считать системы сканирования и проекционные, строящие трехмерные изображения в виде набора плоских изображений, располагающихся на определенных различных расстояниях от наблюдателя.

Дисплейные способы формирования изображений основываются, как правило. на голографических принципах и предполагают наличие экранов (дисплеев), сравнимых по размерам с итоговым изображением. Большие размеры дисплеев накладывают жесткие требования на систему крепления и разгрузки носителя изображения. Носитель изображения - голограмма - может быть как на стеклянной, так и на пленочной основе и быть как цельным, так и составленным по мозаичному принципу. Наиболее реальными для осуществления в настоящее время представляются технологии мультиплексных и радужных голограмм. В качестве источников света для восстановления голограмм могут использоваться лазеры, прожекторные системы и солнечный свет. В последнем случае необходима специальная система управления зеркалом, направляющего солнечный свет на голограмму.

В области копирования и массового тиражирования голограмм создать относительно рентабельное производство на сегодня удалось лишь для радужных голограмм. Однако в качестве изобразительного средства, которое могло бы составить конкуренцию обычной фотографии, такие голограммы обладают рядом принципиальных недостатков:

• цвет изображения, восстановленного радужной голограммой, зависит от угла освещения голограммы и в принципе не отражает реальной цветовой гаммы объекта;
• существующая технология тиснения накладывает серьезные ограничения на формат радужных голограмм, что связано с чрезвычайно высокими требованиями к плоскостности и клиновидности штамп-матриц и к точности изготовления валков тиражных машин.

В связи с указанными причинами тисненые радужные голограммы используются в основном для производства декоративной фольги, а также для рекламных и защитных этикеток малого формата. Разработка и изготовление мастер-матриц для тиснения радужных голограмм является длительным и трудоемкими процессом, а цена разработки матрицы колеблется в пределах от нескольких тысяч до десятков тысяч долларов. Для тиражирования тисненых радужных голограмм необходимо также большое количество дополнительного (неголографического) дорогостоящего оборудования - гальванические установки, машины для поливки слоев и напыления алюминия на лавсановую пленку, машины для механического тиснения. Поэтому указанная технология оказывается рентабельной лишь при очень больших тиражах и не обеспечивает возможности создания системы массового сервиса для производства объемных фотографий по индивидуальным заказам.

Хотя и существует достаточно обширная отечественная и зарубежная литература по голографии и ее применениям, но в области радужной голографии этой литературы довольно мало. В существенной степени это связано с широким коммерческим использованием изобразительной радужной голографической продукции, что заставляет разработчиков внедрять свои результаты в виде "ноу-хау" или патентов в производстве, воздерживаясь от открытых публикаций.

Конечно, способ синтеза цветного радужного голографического изображения с помощью одного лазера имеет и недостатки. Наиболее существенным из них является искажение масштабов цветоделенных изображений по отношению друг к другу, поскольку коэффициент увеличения пропорционален отношению длин волн излучения, используемого при записи и восстановлении изображения. В той или иной степени сбалансированности масштабов увеличения для цветоделенных изображений можно достичь с помощью ,например, асферических оптических элементов объектов и зеркал. Таким образом запись цветных изображений требует достаточно сложной и дорогостоящей техники в виде различных лазеров и систем юстировки разноцветного излучения.

Тиражирование радужных голограмм. Радужные голограммы копируются методом тиснения на пластиковую, как правило, лавсановую, пленку. В качестве матрицы для тиснения копий рельефных голограмм может служить и сама голограмма-оригинал [14]. В этом случае технология получения копий заключается в нагреве фотопластинки до температуры 130°С, приведении ее в контакт с термопластичной пленкой путем приложения незначительного давления (около 1 кГ/см¤) и последующем охлаждении до комнатной температуры. С одного оригинала таким способом можно получить до 100 копий при дифракционной эффективности на частоте 1500 л/мм до 1%. Другим способом получения копий является метод отливки [15]. В этом случае поверхность голограммы заливается жидкой синтетической смолой холодного отвердения (например, полиэфирной) и накрывается стеклянной пластинкой. После отвердения смолы матрицы отделяются от подложки, а смола с отпечатком на ней рельефа голограмм остается на стекле. Полученный таким образом отпечаток может также служить негативной матрицей для получения копий. Основным недостатком методов непосредственного тиснения или отливки копий, кроме небольшого возможного тиража, следует считать резкое возрастание вероятности порчи оригинала с увеличением числа копий [14].

Экономическая и коммерческая целесообразность серийного выпуска определяется возможностью получения больших тиражей голограмм-копий. Это становится возможным только при использовании для тиснения металлической штамп-матрицы. Наибольшее распространение в мировой практике получили два способа изготовления металлических матриц [14]. Первый способ использует регистрацию рельефной голограммы и частотой до 800 л/мм на фотопластичный материал на стеклянной подложке. После термической обработки на оригинал-голограмму наносят подвергнутый вакуумированию однокомпонентный герметик (силиконовый каучук) с катализатором, отверждающимся при комнатной температуре за 48 часов. В качестве исходной оригинал-голограммы могут использоваться и рельефные голограммы на галоидном серебра или дихромированной желатине при соответствующей антиадгезионной обработке поверхности эмульсии. После отвердения герметика копию из каучука отделяют от оригинала и на нее наливают тонкий слой специального раствора, который высыхает за 3 часа и превращается в позитивную полимерную голограмму-копию. Все эти процессы требуют особой тщательной и высокой чистоты исходных материалов. Кроме того составы композиций должны быть подобраны так, чтобы по возможности устранить усадку копий при изготовлении. На полимерную голограмму-копию наносят окисло-оловянное покрытие с последующим осаждением на него металлического слоя серебра из серебряно-аммиачного комплекса. После этого на слой серебра гальваническим способом осаждают никель до толщины металлической матрицы не менее 100 мкм. Металлическую штамп-матрицу отделяют затем от полимерной копии и укрепляют на барабане тиражной машины.

1. из-за термоупругой релаксации рельеф под действием циклической температурной нагрузки (смена дневной и ночной температур) и
2. из-за абразивного износа (механическое стирание рельефа частицами пыли).

Для защиты от этих воздействий голограммы-копии целесообразно покрывать защитным лаком либо ламинировать другой прозрачной полимерной пленкой. Рельефные голограммы-копии могут использоваться как в просветном, так и отражательном варианте. Чтобы тисненную голограмму-копию сделать отражательной на нее наносят вакуумным способом алюминий с коэффициентом отражения 80-85%. Для защиты алюминиевого покрытия на него наносят слой лака или латекс, позволяющий наклеивать копию на изделия различного бытового назначения.

Потребительские качества голограммы-копии определяются прежде всего двумя характеристиками: яркостью восстанавливаемого изображения и величиной угла обзора изображения. Первая из них в основном определяется диффракционной эффективностью голограммы и зависит от физических характеристик носителя тиснения. Вторая характеристика зависит от пространственной частоты записанной голограммы (которая не может быть значительно увеличена в силу конечности разрешающей способности любого реального материала) и формой штриха дифракционной решетки, каковой является голограмма. Максимальный угол обзора радужного голографического изображения обеспечивает прямоугольный профиль штриха, что обуславливает стремление использовать высококонтрастные фоторезисты для записи оригинал-голограмм. Однако, последующие операции по изготовлению металлической матрицы и тиснению копий неизбежно ведут к сглаживанию профиля штриха, уменьшению угла обзора и снижению спектральной дисперсии голограммы.

Более перспективным представляется другой способ, основанный на формировании поля интерферирующих или стоячих волн в объеме регистрирующей среды, которая специально ограничивается с одной стороны зеркальной или диффузно отражающей поверхностью. Зарегистрированная таким образом интерференционная структура поля обладает, как показал еще Ю.Н. Денисюк, изображающими свойствами и может восстанавливать голографическое объемное изображение предмета. В историческом смысле этот подход восходит к методу цветной интерференционной фотографии Г. Липпмана, а экспериментально он был реализован в конце 70-х годов Н.И. Кирилловым и Е.М.Любимовым при голографировании с применением зеркальных фотослоев.

Как и в фотографии по-видимому перспективным для голографии является переход к регистрирующим средам с диффузно отражающей подложкой - голографической фотобумаге. Это обусловлено двумя обстоятельствами. Во-первых, из физиологии зрения известно, что наиболее комфортны для наблюдения диффузно отражающие, а не зеркальные объекты. Во-вторых, запись в голограмме интерференционной картины спекл-волн, сформированных за счет отражения от диффузной, а не зеркальной, подложки, кроме повышения качества изображения, позволит при определенных условиях использовать для восстановления также диффузные источники освещения.

Поскольку расширение угла обзора приводит к падению яркости наблюдаемого изображения, то очевидна необходимость использования чисто фазовых регистрирующих сред типа дихромированного желатина. В связи с этим приобретает важность и проблема сенситометрии фазовых регистрирующих сред, которая до сих пор остается слабо разработанным разделом теории фотографического процесса в отличие от сенситометрии амплитудных сред типа галоидосеребрянных эмульсий. Это не в последнюю очередь связано и с тем, что ключевое понятие голографии - дифракционная эффективность - не в полной мере описывает изобразительные возможности конкретной регистрирующей среды и нуждается в дальнейшем развитии, особенно на случай записи спекл-полей.

Более ясным представляется путь решения проблемы копирования объемных голографических изображений с изменением масштаба. Принципиальная возможность этого была показана экспериментально и основной трудностью при этом является различие масштабов продольного и поперечного увеличения. Для преодоления ее необходимо использовать специальную большеапертурную асферическую оптику, которая может быть реализована в тиражируемом варианте в виде компьютерных или голографических оптических элементов типа асферической линзы на стеклянной или пластиковой подложке. В принципе диаметр такого элемента должен быть сравним с размером исходного изображения. Для голографических портретов может однако оказаться, что малая апертура элемента снизит разрешающую способность в изображении и тем самым улучшит его визуальное восприятие.

Фотоматериалы для цветной импульсной съемки и копирования голограмм. В настоящее время компанией ОАО "Славич" выпускается фотоматериал ПФГ-03Ц для съемки и копирования цветных голограмм с помощью непрерывных лазеров. Однако низкая чувствительность (40 Дж/кв.м) не позволяет непосредственно использовать этот материал для импульсной голографии. В качестве основы для разработки нового материала можно использовать выпускаемые компанией "Славич" высокочувствительные фотоматериалы для импульсной монохромной голографической съемки -ВР-П и ВРП-М в зеленой области спектра и ПФГ-01 - в красной области. Требования к такому фотоматериалу можно сформулировать следующим образом:

• материал должен обеспечивать возможность получения голограмм пропускающего и отражающего типов с помощью импульсного лазера на трех длинах волн - 527нм,670 нм и 411 нм;

• чувствительность фотоматериала к каждой из длин волн не должна превышать 100 мкДж/кв.см

• должна быть обеспечена дифракционная эффективность не менее

красный диапазон 40%

зеленый диапазон 40%

синий диапазон 20%

• усадка фотослоя после химико-фотографической обработки не должна превышать 2 %.

• должна быть отработана технология изготовления фотоматериала на стекляной основе - форматом до 1х1 м и на пленочной основе - форматом до 1х1,5 м.

Таким образом, можно сделать вывод, что разработка регистрирующих сред нового поколения требует объединения и координации усилий как в области фундаментальных, так и прикладных технологических исследований.

Фазовые регистрирующие среды для голографии. В широкой номенклатуре фотоматериалов все большее место занимают материалы для записи рельефных и фазовых изображений. Если раньше основными пользователями таких регистрирующих сред были в основном полиграфическая и электронная отрасли промышленности, то теперь круг потребителей существенно расширился за счет развития новых областей науки и техники, таких как голография, лазерная техника, проекция большеформатных изображений, компьютерная оптика и светотехника с синтезированными оптическими элементами. Это обусловлено тем, что фазовая регистрация изображений обеспечивает минимальные энергетические потери излучения при восстановлении или проекции изображений. По этой же причине фазовые регистрирующие среды имеют и большую чем амплитудные материалы лучевую прочность.

Материалы для радужной голографии. В последовательности операций, конечной стадией которых является РГ, нет “физически неясных” вопросов, однако отечественные “радужки” изготавливаются, как правило, в лабораториях на малопроизводительном оборудовании и низкокачественных материалах. Для создания технологии массового производства радужных голограмм необходимы высококачественные материалы для записи и тиснения голограмм конкурентоспособных с зарубежными.

Актуальной однако остается задача максимизации величины поверхностного рельефа оригинал-голограммы или пластиковой копии с нее. Для решения этой задачи перспективными представляются два способа: адгезионного отрыва и “бромоль”. В первом из них используется то, что некоторые полимерные композиции, применяемые для получения пластиковой копии рельефной голограммы, имеют более сильную адгезию к незадубленным участкам желатина, чем к задубленным. Поэтому снятие первой пластиковой копии приводит к повышению рельефа голограммы на фотопластинке и вторая копия будет иметь гораздо больший рельеф. При максимизации рельефа адгезионным отрывом может происходить и изменение формы штрихов интерференционной структуры на более резкую, чем исходная синусоидальная форма. Это также может способствовать улучшению свойств конечной голограммы. С другой стороны, технология адгезионного отрыва требует большой технологической проработки для минимизации уровня шумов, оптимизации используемых полимерных композиций и регламента обработки фотоэмульсий.

Способ “бромойль” предполагает снятие пластиковой копии с влажной рельефной голограммы, записанной на слоях дихромированного желатина или галлоидосеребрянной фотоэмульсии по методу дубящего отбеливания. По своим технологическим параметрам этот способ аналогичен старому фотографическому методу “бромойль” для получения фотоотпечатков с помощью масляной краски. Существенным в этом способе является то обстоятельство, что влажный желатин имеет гораздо большее набухание (и, соответственно, рельеф), чем сухой фотослой. При наличии полимерной композиции, имеющей различную адгезию к участкам желатина с разным влагосодержанием, для повышения рельефа пластиковой копии голограммы можно дополнительно использовать и способ адгезионного отрыва.

Привлекательной, хотя пока и проблематичной, является идея пропитки готовой желатиновой рельефной голограммы мономером, обладающим способностью к полимеризации под действием, например, ультрафиолетового излучения. Такой способ позволил бы непосредственно оптически изготавливать штамп-матрицу хотя бы для малотиражного копирования радужных голограмм тиснением. Проблема малотиражного копирования крайне актуальна, поскольку гальваническое изготовление металлической штамп-матрицы для этой цели экономически нецелесообразно.

Для развития серийного производства, расширения ассортимента и качества голографической продукции необходимо (как это и делается за рубежом) постоянно вести научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. Основные направления таких работ в области радужной голографии и отражательных голограмм, актуальность которых представляется несомненной в настоящее время, можно сформулировать следующим образом.

1.1. Отработка методики формирования рельефной радужной голограммы на галоидосеребряных фотоэмульсиях методом дубящего отбеливания или на слоях бихромированного желатина методом отмывания рельефа.

1.2. Разработка методики изготовления бумажного носителя с фольгированным слоем методом прикатки тонкой (5 мкм) медной фольги к бумаге с односторонней пропиткой клеевым составом.

1.3. Разработка методики изготовления исходной мастер-голограммы на галоидосеребряных слоях с дубящим отбеливанием при защите ее напылением и с герметизацией торцов для обеспечения возможности ее использования в гальваническом процессе.

1.4. Разработка способа изготовления полимерной штамп-матрицы с увеличением антиадгезионных и прочностных свойств ее поверхности посредством УФ или ИК облучения.

1.5. Разработка голографической регистрирующей среды на основе бихромированного желатина, чувствительного к излучению гелий-неонового лазера. Разработка технологии серийного выпуска таких регистрирующих материалов.

1.7. Разработка новых типов галоидосеребряных голографических фотоэмульсией (в том числе для цветной голографии) и организация их промышленного производства.

2.1. Отработка режимов записи цветных фотографий по методу Липпмана на слоях дихромированного желатина.

2.2. Разработка концепции комбинированных оптических изображений с использованием методов Ю.Н.Денисюка, С.Бентона, фотографии Липпмана, предэкранных и обычных изображений.

2.3. Запись голограмм Денисюка со стороны подложки при зачерненном подслое на поверхности эмульсии.

2.4. Исследование возможности применения средств компьютерной графики и цифровой голографии для синтеза геометрических дифракционных узоров и объемных радужных голограмм. Разработка методов оптической мультипликации цифровых голограмм для синтеза крупногабаритных штамп-матриц.

2.5. Разработка оптических систем с применением пространственно-временных модуляторов света для осуществления процессов кодирования радужного голографического изображения.

2.6. Отработка методики записи просветных трехмерных радужных голограмм на стеклянной и пленочной подложжах и разработка системы их восстановления.

2.7. Определение методами цифровой голографии ограничений на вид трехмерных объектов при условии обеспечения минимальной пространственной частоты на радужной голограмме.

3.1. Оптимизация параметров записи и тиражирования радужных голограмм:

1) оптимизация методики обработки и подбор толщины (обратно пропорциональной максимальной записываемой пространственной частоте) слоя фотоэмульсии для получения наибольшего поверхностного рельефа.

2) Оптимизация условий роста штамп-матрицы с учетом ее последующего изгиба и необходимой формы штрихов.

3) Максимизация величины тисненного рельефа радужной голограммы в зависимости от диаметра тиснящего барабана, адгезионных и упругих свойств слоя.

4) Согласование параметров процесса в целом с учетом релаксационных характеристик среды - носителя оттисков радужных голограмм.

3.2. Разработка методики нанесения интерференционного рельефа методом лазерного гравирования на литеры стандартного типографского шрифта для последующего тиснения, либо полимерного копирования. Разработка устройства управления структурой гравирующего лазерного излучения (типа электромеханического модулятора - на начальном этапе можно использовать вращающуюся призму или зеркало).

3.3. Изготовление голографического "алфавита" с предэкранным изображением букв и разработка методики набора рекламных планшетов с текстом заказчика.

3.4. Отработка методики записи крупноформатных голограмм (в том числе радужных) на пленочной основе методом приклейки пленки к стеклу или другими способами.

3.5. Разработка методик прямой записи крупноформатных радужных голограмм на пленочной основе для рекламных целей.

4.1. Отработка методики копирования рельефной радужной голограммы и формирования слепка из полимеризующейся композиции. Упрочнение поверхности слепка различными способами: 1) напыление металлического и/или защитного слоя; 2) облучением УФ или ИК излучением; 3) химическим способом.

4.3. Световое либо тепловое дубление (дополимеризация) тисненной копии с целью улучшения ее эксплуатационных характеристик .

4.4. Разработка методики тиснения на фольгированной бумаге литерами с интерференционной гравировкой путем прокатки или ударной штамповки.

4.5. Анализ методик получения реплик (например,графитовых) биологических объектов в электроной микроскопии с целью исследования возможности их применения в радужной голографии.

5.1. Разработка различных вариантов осветителей для отражательных и просветных радужных голограмм и голограмм Ю.Н.Денисюка целью создания завершенных голографических изделий.

5.2. Разработка электронной схемы блока питания для осветителей и подготовка технической документации.

5.3. Анализ возможностей ZOD - метода для получения изображений и методик изготовления форм для глубокой печати в полиграфии применительно к задачам синтеза голографической изобразительной продукции.

5.4. Разработка методики испытания оттисков радужных голограмм для определения характеристик температурной и влажностной релаксации рельефа тиснения как у свободного, так и приклеенного образца. Определение требований к клеевой основе.

5.5. Разработка методики нанесения лаковой защиты радужных голограмм, полученных различными способами.

5.6. Разработка геометрических узоров, методов бесшовного крепления штамп-матриц на тиснящем барабане для получения широких непрерывных радужных узоров (изделия типа обоев) и способа нанесения лаковой защиты, допускающей последующую допечатку изображений обычной типографической краской.

Авторы благодарят за многочисленные плодотворные обсуждения академика Ю.Н.Денисюка, С.Бентона, Н.Д.Ворзобову, О.Б.Серова и В.П.Шерстюка.

Рис. 1. Возможные компоновки комплекса для изобразительной голографии.

Рис. 2. Оптическая схема задающего генератора лазерного блока.