Тема 7.1. Голографія

1. Технологія виготовлення голограм.

2. Різновиди голограм. Застосування.

3. Голографічна та магнітна фольга.

Голографія — від грецького «holos» — повний та «gra­pho» — запис, тобто метод одержання об’ємного зображення. Він базується на інтерференції двох променів світла — від джерела світла та від предмета. При освітленні голограми світлом тієї ж довжини хвилі, що й опорного променя, в результаті дифракції світла виникає об’ємне (при певних умовах кольорове) зображення предмета.

Голографія була відкрита в 1917 році англійським вченим Д. Габором, який був нагороджений за це Нобелівською премією. Голографічний метод запису був відкритий у рентгенівських променях, тому мав вузьке практичне застосування. Український вчений Ю. М. Денисюк вивчав спосіб запису голограми за допомогою лазерного променя.

У 1938 році С. Бентон (США) вдосконалив цей процес, зробивши можливим сприйняття голографічного зображення при звичайному освітленні. В середині 80-х років така технологія була освоєна поліграфією.

Технологія виготовлення голограм

Фізико-хімічна суть створення голограми базується на введенні у репродукцію основного і опорного потоків світла, що дозволяє записати інформацію про предмет у тривимірному зображенні. На відміну від звичайної фотографії, голограма зберігає повну об’ємну тривимірну світлову хвилю, що відбиває при освітленні об’єкт зйомки.

Для реєстрації голограми на фотопластині треба спрямувати роздвоєне світло лазера одним потоком на об’єкт зйомки і від нього на фотопластину, а другим, опорним потоком — без­посередньо на фотопластину.

У голографії застосовують фотопластину зі світлочутливим шаром, що може реєструвати роздільну здатність до 10 тис. лін./мм. Після запису, проявлення і обробки зображення необхідно освітити голограму відповідним світловим променем так, щоб спостерігач побачив об’ємне зображення об’єкта.

В поліграфії основою будь-якої голограми є матриця — мі­крорельєфна пластина, яка виготовлення методом електролізу після відповідної обробки. З пластини виготовляється матриця для рельєфного тиснення, яка є основою виготовлення голограм на плівці, самоклейкому папері, фользі та використовується в поліграфії.

Голограму записують променем із когерентного лазерного джерела світла. Обов’язковою умовою має бути, як мінімум, два променевих пучки: опорний пучок (як правило, це лазерний промінь, що пройшов через об’єктив) і предметний пучок. Предметний пучок — це лазерні промені, розсіяні об’єктом. Фотопластинка із спеціальною емульсією розміщується у ділянці перетину обох променевих пучків. Між об’єктом і фотопластинкою (майбутньою голограмою), як правило, не міститься додаткових оптичних елементів. Тому те, що записується на фотопластинку ще не можна назвати зображенням об’єкта. З фізичної точки зору — це сума (суперпозиція) двох оптичних хвиль. При значному збільшенні у фотоемульсії можна помітити численні хвилясті лінії — інтерференційні смуги.

Після проявлення голограму освітлюють опорним пучком променя (рис. 33). Лазерне світло дифрагує на голограмі, відтворюючи таке ж саме зображення, яке було при реальному об’єкті. Тому той, хто оглядає голограму, бачить тривимірне зображення об’єкта. Спеціальними засобами можна домогтися, щоб зображення вийшло за площину. Тоді ж і з’являється ілюзія цілковитої реальності об’єкта. Єдина відмінність у тому, що зображення здебільшого є монохромним, тобто забарвлене відтінками одного кольору. На практиці використовують змінену схему запису, коли опорний і предметний пучки променів падають на фотопластинку з різних сторін. Записана інтерференційна картина в емульсії має вигляд паралельних площин відновленого срібла.

Особливістю таких голограм є те, що зображення може поновлюватись природним освітленням, наприклад, сонячним або світлом електричної лампи. При цьому джерело розміщується з того ж боку голограми, де розташований спостерігач.

Візуально райдужна голограма значно яскравіша, ніж звичайна. У своєму первісному класичному вигляді вона також забарвлена одним кольором. Та варто лише почати обертати її навколо горизонтальної осі, як колір почне змінюватися, послідовно забарвлюючи об’єкт всіма кольорами веселки. Такого ефекту можна досягти, застосовуючи спеціальну схему запису.

Хоча райдужна голограма яскравіша, ніж звичайна, кут її огляду звужений по вертикалі. А це означає, що розглянути її можна лише під певним кутом нахилу. Щоб збільшити кут огляду на одну фотопластинку, змінюючи умови запису наносять кілька об’єктів. Цим можна домогтися того, що, по-перше, окремі фрагменти голограми одночасно будуть забарвлені різними кольорами, а по-друге, голограму в цілому можна буде розглядати у значно ширшому діапазоні кутів.

Виготовлення райдужних голограм — це складний багатоступеневий процес. Насамперед здійснюють вибір об’єкта. Це може бути реальний предмет. Та найчастіше зображення компонують із низки фотошаблонів або синтезують на комп’ютері. Потім записують пропускаючу голограму. Третій етап — це запис райдужної голограми — «оригіналу» (чи майстер-голо­грами). Райдужну голограму записують, використовуючи зображення, отримане при опромінюванні пропускаючої голограми через вузеньку щілину. Для тиражування голограми оригінал піддають спеціальній обробці, внаслідок якої на емульсії з’являється мікрорельєф, що містить інформацію про зображення. Однак загальноприйнятою технологією передбачено запис оригіналу на фоторезисторі й подальше травлення.

На наступному етапі методами гальванопластики виготовляють нікелеву матрицю, на поверхні якої повністю відтворюється рельєф фотоемульсії. Така нікелева пластинка теж є голограмою. За допомогою цієї пластини вже можна виготовляти копії на полімерних матеріалах. Оскільки з однієї матриці можна зробити обмежену кількість відбитків, то, як правило, з першої матриці виготовляють кілька других і навіть третіх нікелевих копій, що практично робить матрицю довговічною. Копії матриць надходять для подальшої роботи. Розміри нікелевих матриць залежать від того, на якому обладнанні будуть тиражувати голограми. На одній матриці можуть бути розміщені кілька одиничних голограм. Найчастіше райдужні голограми виготовляють на лавсановій плівці. При виробництві голографічної фольги та голографічних складників для захисту цінних паперів використовують багатошарові термопластичні полімери.

Для підвищення ефективності відбиваючої голограми на її поверхню (зі зворотного боку) слід напилити відбиваюче покриття. Найчастіше це тонкий шар алюмінію. Іноді, щоб надати підкладці кольорового відтінку, напилюють інші метали. Здебільшого тиснення здійснюють уже по металізованому полімеру. Відбиваюче покриття можна напиляти й після тиснення. Після цього етапу голограма практично готова. Та щоб отримати товарний продукт, слід виконати ще три операції: нанести клей, продублювати клейовий шар захисним матеріалом і висікти форму голографічного зображення (наприклад, етикетку, кольєретку тощо).

Завдяки складній технології запису голограма містить певні ступені захисту: на одну голограму можна записувати декілька десятків зображень і деякі з них можна бачити тільки при наявності певних умов. Такі умови роблять голограму практично недоступною і виключають можливість підробки. Затрати на виготовлення матриці великі і тому тиражувати її малими партіями економічно не вигідно.

Тиражування голограм здійснюють методом термічного тиснення рельєфу на полімерну плівку в спеціальних машинах.

Схема технологічного процесу