光热塑性全息乳液形象作用(全息光热塑性乳液材料)

文 | SHY编辑 | 文史常谈前言显示器全息术在诞生时不值得再看一眼
丹尼斯·加博尔的第一张展示他用散射光记录图像的新原理的图像是平面物体，透明胶片上的二维文本
他的想法源于寻找制造X射线显微镜的方法的愿望，当时当时聚焦X射线光学器件还不存在
他设想了一种利用单能X射线散射物体来干扰直接传递相同波长的X射线的方法，以创建一种干涉图案，该图案编码了物体的透明度，纹理和空间中的配置信息，这些信息可以被记录下来，并且在类似的照明下观察时，揭示了物体的重建图像
当时，他不仅缺乏聚焦光学器件，而且缺乏具有足够分辨率的介质来记录微小的干涉图案细节
乳液种类范围在全息乳剂的历史上，明胶中的卤化银排在第一位，成为当时占主导地位的光乳剂
用于碳和重铬酸胶两种旧工艺的重铬化明胶在全息术中发挥作用，用于需要尽可能亮的图像或最高效的全息光学元件中的聚焦或衍射光
它们还用作生产大众市场复制全息图的主全息图，包括光刻胶和可能广泛的光聚合物，用于HOE和大众市场的母版，它们比重铬明胶中的那些更坚固
与上面列出的具有正折射率的所有材料不同，可见光光子学中有一类新材料具有负折射率，这类材料现在称为超材料，在一些研究中有着中等遥远的根源，可以追溯到十九世纪，在1950年代进行了认真的更新工作，以控制无线电和微波波长的辐射
这些材料是人工构造的图案电介质和混合金属和电介质，其结构尺度等于或小于所讨论的波长，它们的构造是为了研究可以设想的各种可能性，这些可能性对普通的正折射率材料不开放
光学特性取决于图案元素的形状和间距，而不是它们所构成的材料的内在光学特性
最著名的光学元件理念是“隐形斗篷”，这是一种可以弯曲光线的材料，以便将任何光线从它包围的东西中隐藏起来，并将光线从背景中引导到前面
这已经证明了单波长，但可能需要很长时间才能制造出这种材料，在整个可见光谱上产生这种功能
即使使用这种单频实施例，这种斗篷也可用于逃避类似雷达的设备在指定波长下的检测
信息记录类型和衍射效率在感光介质的原始曝光中制作的全息图中有三种类型的信息存储，如果信息记录为不透明度和透明度图案，则称为振幅记录，如果信息是不同折射率的图案形式，则称为相位记录，第三，信息可以存储为微观表面浮雕图案
衍射效率，即图像中提供的能量与观看时全息图上入射的能量之比，是图像亮度的主要决定因素
理论上已经表明，仅相位全息图以及相位结合表面浮雕可以实现接近100%的衍射效率，振幅全息图的衍射效率已被证明限制在50%左右
光聚合物、光阻和光热塑性乳液这类材料基本上是塑料，它们通过各种机制从单体开始，然后通过转变为聚合物来响应光照
光刻胶这些物质在成分上变化很大，当暴露于蓝色或紫色光时，当浸泡在有机溶剂中时变得可溶或不溶
涂层位于基材上，通常涂层厚度相当小，一到两微米，所需曝光量高达 100 mJ/cm2的乳液，这些材料可用于生成浮雕副本全息影像的主全息影像
这种类型的工艺让人想起最早的两种摄影工艺之一：尼埃普斯1827年的工艺，采用涂覆在铜板上的犹太沥青作为感光乳液
暴露在光线下会导致它聚合和硬化
在没有暴露的地方，当放入薰衣草油浴中时，沥青溶解了
结果是一个浮雕板，可以上墨并通过印刷机运行
光热塑性塑料这些材料通常具有从玻璃基板开始的多层结构;然后是透明的导电薄膜，通常是氧化铟;然后是导电层周边的铜触点;然后是光导层，通常为2微米厚;最后是热塑性层，通常只有几分之一微米厚，比如十分之三微米
热塑性塑料的表面在其暴露的表面上被赋予正电荷;它暴露在蓝色或紫色的光线下，这会导致电荷在表面上迁移以形成暴露模式，电流通过导体以加热热塑性塑料，并通过形成全息图干涉图案的表面浮雕再现来响应
然后，全息影像即可查看
通过再次加热热塑性塑料，电荷重新分布以变得均匀，表面浮雕消失，图像消失，材料准备再次使用
光敏聚合物光聚合物通常通过聚合来响应暴露在光下，这通常会导致其密度发生变化，从而导致其折射率发生变化，从而再现干涉图案，主要是在乳液内部
光敏聚合物在全息术之外有一系列用途，包括一些氰基丙烯酸酯胶水、玻璃粘合水泥和紫外线固化牙科水泥
光敏聚合物上的全息图有许多应用，其中大多数不是用于显示全息术，这些应用包括信用卡和纸币的安全性增强，偶尔用于包装、化妆品、交易卡和大量复制品图像的“闪存”
它们还用于HOE，例如用于太阳照明控制，用于太阳热能和光伏收集器的聚光器，用于平视显示器和增强现实眼镜的光学器件，用于激光防护眼镜的选择性反射器，光学计算，高密度光学数据存储和快速模式识别
对于这些与所有体积全息图一样，厚度越长带宽越窄，视角也越窄，在这些属性中，体积全息图充当布拉格光栅，在 HOE 中使用全息影像的许多情况下，窄视角非常有用，但通常不适用于显示全息影像，因为其中通常以广泛的受众为目标
薄膜中的活性成分是光敏单体，其聚合形成记录，典型光敏聚合物薄膜的其他成分包括粘合剂;光引发剂，通常是各种敏化染料，开始单体聚合;和增塑剂，可提高薄膜柔韧性
总体物理结构通常由三部分组成：易于剥离的盖板，活性光聚合物层和通常在完成曝光后保持附着的基板
必须注意基板的光学特性，特别是它们的透明度和双折射量
在使用中，首先将盖板剥落，然后在滚筒的帮助下将粘性的光敏聚合物面手工涂抹在仔细清洁的玻璃板上，注意避免和去除滞留的气泡
光聚合过程通常在分子尺度上描述为从敏化染料和活性单体吸收光开始，然后，与单体或其他引发剂连接的染料产生自由基
自由基捕获并将单体结合成聚合物，随着该过程的进行，游离单体从其原始位置扩散到聚合物形成的区域，它们到达该区域并从其原始位置撤离会产生密度变化，进而引起折射率的变化，最终构成全息图
对于某些胶片组合物，曝光与热或紫外线处理之间的时间间隔应尽可能短，以避免反应逆转和图像褪色
与最后一个问题相关的是，体积全息图的理想属性之一是能够在同一卷中叠加多个图像，然后分别查看它们，这是大容量全息存储器的基础
为了达到以均匀的光学质量存储尽可能多的图像的预期目标，有必要考虑到这样一个事实，即每次连续曝光都会倾向于覆盖前面的曝光，既修改了早期的记录，又最终耗尽了所有单体并使胶片饱和
一般来说，后来的记录会比以前的记录弱，早期记录的自吸收也会影响后期记录的激光束强度，也会影响所达到的衍射效率
可以以暴露时间表的形式设计处理此问题的策略，假设每次曝光的强度恒定，预定的时间表以略微非线性的方式增加曝光，因此350的最后一次曝光是第一次曝光的四倍
最早和最重要的全息光敏聚合物商业家族之一是由E. I. duPont开发的
它从HRF-700开始，现在有后来的版本，是稳定的;折射调制指数为0.06，相当高;并且可以制成厚度达 100 微米
杜邦多年来一直向更广泛的全息社区分发电影样品，包括那些制作显示全息图的人，但最终改变了政策，将分发限制在选定的“批准”列表中，该列表现在基本上仅限于使用这些电影进行大规模生产的公司
这些薄膜中经常使用的丙烯酸酯单体可能会出现安全问题，特别是在杜邦的薄膜中
曝光后，薄膜被紫外线和热固化
虽然大多数单体含量通常会在暴露和紫外线后暴露中转化为聚合物，但后一步会产生一些丙烯酸酯单体蒸气
奇特的潜力发展根据DigiLens网站，至少有一种已经在生产的用途是增强现实头盔光学器件，在那里它被描述为可切换的布拉格光栅，光栅结构是根据所需的光学元件功能合成的
非常奇特、独特的表面浮雕全息介质家族早在 1997 年，在有公开的光聚合物和重铬明胶经验记录了全息图干涉图案的表面浮雕图像，允许开发主全息图的大规模复制之后，一位企业家进行了实验并最终成功地在巧克力棒的表面上留下了表面浮雕全息图
为此，他从由传统浮雕主全息图制成的金属垫片开始，并用它来在巧克力中印制副本，他必须找到合适的巧克力刚度来记录和保留图案，这也是需要的，但在制作传统的塑料副本时可能不那么困难
当然，如果巧克力经过足够长的时间、足够高的温度，或者在处理过程中被压下或摩擦，图像质量就会受到影响
这个市场最近被重新审视并扩大到除了巧克力之外还包括硬糖
光致变色材料光致变色材料在暴露在光线下通常会变暗，它们通常对蓝色或紫外线波长有反应，它们最显着的特点是发生的光反应是完全可逆的，因此它们为可擦除的全息记忆或使用全息干涉测量重复无损检测提供了可能的材料
它们主要在掺杂有卤化银的玻璃中得到证明，这些材料基本上具有无限的分辨率，因为光敏分子均匀分布在整个过程中，而不是晶体或长链聚合物或单体，针对这一优势，存在图像随时间衰减的问题，在室温下可能持续10分钟，尽管可以通过冷藏减慢速度
它们也只对蓝色和紫外线敏感，对更长的波长不敏感
曝光技术从白光照明开始，白光使玻璃均匀变暗，然后暴露在激光下，激光选择性地漂白曝光强度最大的玻璃，如果在那之后放任不管，玻璃会逐渐变亮到透明
图像可以快速清除，并准备好通过另一个白光照明重新曝光，在1960年代，我尝试使用康宁提供的用于深色太阳镜的光致变色玻璃来制作全息图，这在我记录全息图像时有效，但对红色激光的极度不敏感迫使我用未加宽的5 mW光束进行5分钟的曝光
重铬明胶乳液重铬化明胶是卤化银明胶最早开发的替代品之一，并获得了青睐，因为它直接通过非常大的折射率调制和强烈的表面畸变记录相位全息图，产生非常高的衍射效率和非常明亮的图像
表面变形可以复制到金属上，进而可以使金属垫片用于冲压塑料副本
内部透明度极佳，散射噪声低
大多数“新奇”全息图，例如带有全息眼睛和钥匙扣的眼镜，都是用密封重铬酸盐掌握或实际上直接出售的
结语在过去的50年里，全息图市场在某些商业领域有所增长，这些都施加了压力，要求开发用于大众市场用途的全息乳液，例如安全标记和HOE
已经尝试了许多实验，最近出现了两种光聚合物，一种是拜耳的，一种是Liti的，它们提高了稳定性，提高了抗收缩和颜色变化的能力，在Liti的情况下，它们完全是自我开发的，类似于非常古老的照相打印工艺