книги из ГПНТБ / Гущо Ю.П. Фазовая рельефография

проводящих термопластических полимеров и растворе­ ние или диспергирование органических п неорганиче­ ских фотопроводннков в термопластических материалах

В качестве фототермопластиков можно также использовать ма­ териалы, полученные па основе фотоэлектретов и сред с устойчивой проводимостью [Л. 32]. Фотоэлектретиое состояние, как известно, может быть достигнуто двумя путями. Изображение получают либо непосредственно выборочной поляризацией освещенных участков, либо равномерной поляризацией фотопроводннкового слоя с после­ дующей деполяризацией выборочных участков при их освещении.

Например, в работе [Л. 41] запись информации на термопластиче­ ском слое предлагается осуществлять путем селективном нейтрали­ зации электрически поляризованного деформируемого слоя.

Интересной с физической точки зрения разновидностью фотопластической записи является запись на тонких пленках с толщиной, соизмеримой с четвертью длины волны света, относящегося к види­ мой области спектра [Л. 42].

Структура носителя и принцип образования скрытого изображе­ ния 1 на поверхности деформируемого слоя в данном случае анало­

верхностный рельеф образуется только на краю электрической до­ рожки, как показано на рис. 1-13. Природа сил, приводящих

1 Скрытым изображением принято называть соответствующие входному сигналу распределения плотности заряда, напряженности поля и др.

30

к образованию подобного рельефа, не вполне ясна. Механизм обра­ зования рельефа можно объяснить совместным действием нескольких физических факторов, один из которых может преобладать. Во-пер­ вых, рельеф на краю электрической дорожки ширины от может обра­ зоваться благодаря силам взаимного притяжения нанесенного и инду­ цированного зарядов. В этом случае рельеф слоя должен иметь вид, показанный на рис. 1-13,а, независимо от знака нанесенного заряда.

При экспериментальном исследовании этого вида записи обнару­ жена также форма рельефа (рис. 1-13,6), которая не может быть объяснена притяжением разнополярных зарядов. По-видимому, здесь действует механизм, основанный на резком изменении сил поверх­ ностного натяжения на краю электрической дорожки.

Кроме того, подъем поверхности термопластика может возник­

Считывание рельефной записи в этом случае основано на приме­ нении метода фазового контраста, т. е. на интерференции монохро­ матических пучков света, отражающихся от свободной и внутренней поверхностей слоя толщиной в четверть длины волны.

«Морозная» запись предложена Гундлахом и Клау­ сом {Л. 11] как разновидность фотопластнческой. Фотопластический слой заряжают равномерно от любого источника электрического заряда. Если затем слой осветить и нагреть до размягчения, то на его поверхно­ сти образуются микроскопические складки, похожие на морозные узоры на стекле. Изменение освещенности слоя приводит к изменению глубины этих «морозных» канавок, т. е. к записи изображения. «Морозная» запись ие требует растрирования, так как ее структуру можно считать естественным растром.

Механизм образования морозного рельефа исследо­ ван еще не до конца. По современным представлениям сущность его сводится к управлению силами поверх­ ностного натяжения, которые изменяются при нанесении электрического заряда. При нанесении на слой электри­ ческого заряда любой полярности на его поверхность поступает дополнительная энергия, которая уменьшает эффективное поверхностное натяжение. Если она ока­ зывается больше первоначальной энергии поверхности, то силы эффективного поверхностного натяжения стре­ мятся увеличить свободную поверхность слоя, что и приводит к образованию микроскопических складок. Их амплитуда зависит от плотности нанесенного заря­ да. Понятно, что состояние поверхности носителя играет важную роль при образовании на ней рельефа. Очень

31

часто неуправляемый «морозный» рельеф образуется и на несветочувствительных деформируемых слоях при записи электронным лучом, разрядом от коронатора или другими способами, искажая запись полезного сигнала.

«Морозная» запись имеет высокую разрешающую способность (не менее 200 линий!мм), хорошо передает полутома и не уступает растрпрованной рельефной записи в контрастности.

«Морозные» изображения при глубоком рельефе можно считывать с помощью обычной проекционной оптики без применения щелевых систем.

Фотозарядная запись подробно описана в [Л. 12].

Носитель этого вида записи состоит из двух слоев: фоточувствптельной термопластической пленки, содер­ жащей фотоэлектрическое вещество (например, йодо­ форм), и основы. Перед записью изображения пленку нагревают в темноте для нейтрализации случайных оста­ точных зарядов, после чего экспонируют. Если слой быстро (за 0,1 сек) нагреть до температуры размягче­ ния, то на экспонированных участках образуются канав­ ки. 'Запись стирают повторным нагреванием, после чего пленку можно использовать вновь.

Предполагают, что при этом способе записи имеет место эффект возникновения пар заряженных частиц: катионов и электронов или анионов и дырок — вслед­ ствие процессов фотоокисления или фотовосстанов­ ления.

При фотоокислешш катионы и электроны генериру­ ются в сравнительно узкой области пленки немного ниже свободной поверхности. Обладая большей подвиж­ ностью, нежели катионы, электроны диффундируют в глубь слоя значительно быстрее. Преимущественная диффузия электронов приводит к разделению зарядов внутри слоя. При нагревании слоя под действием элек­ тростатических сил свободная поверхность носителя деформируется. Естественно, что скорость размягчения слоя должна быть больше скорости тепловой рекомби­ нации зарядов.

Экспериментально установлено, что квантовый выход составляет 4,1-10-4. С помощью интерференционного микроскопа наблюдалось разрешение в 360 линий/мм.

Важным достоинством этого метода является отсут­ ствие необходимости применять зарядные устройства.

32

г) Фотомеханическая запись

Фотомеханические процессы основаны на использо­ вании ряда процессов и, в частности, фотополимериза­ ции мономеров и низкомолекулярных полимеров; изме­ нении состава и физического состояния высокомолеку­ лярных соединений, т. е. сшивании и деструкции линейных полимеров под действием лучистой энергии; изменении агрегатного состояния вещества при нагре­ вании. Некоторые из этих процессов уже используются в полиграфии |[Л. 43]. Вместе с тем существует ряд фото­ механических процессов, присущих только фазовой рельефографпи. Рассмотрим несколько фотомеханиче­ ских способов рельефной записи.

В основе фототермополимеризационного способа записи информации на термопластических полимерных материалах лежит сшивка облученных молекул поли­ мера |[Л. 14]. Для проявления записи используют свой­ ство сшитых молекул полимера уменьшаться в объеме при нагревании. Пленку деформируемого слоя наносят на стеклянную подложку из раствора полибутилметакрнлата или его сополимеров с метакриловой кислотой в толуоле; проявление осуществляют горячим воздухом. При экспозициях в пределах от 20 до 240 мин и интер­ валах интенсивности света от 2 • 10-2 до 1,5-10-4 вт/смг выполняется закон взаимозаместимости. Разрешающая способность этого способа записи составляет 300— 500 линий/мм. Метод допускает только однократное использование пленки.

Другой фотомеханический способ, названный авто­ рами [Л. 15] термофотопластическим, основан на исполь­ зовании явлении увеличения объема слоя под дейст­ вием света. Исследования были проведены на кани­ фоли. Считают, что размеры отдельных молекул под действием ультрафиолетового излучения могут уве­ личиваться при замене в молекуле двойных сопряжен­ ных связей одинарными. По другой гипотезе предпола­ гается, что причиной увеличения объема облученных участков пленок при нагреве являются пузыри, обра­ зующиеся из газообразных продуктов фотохимической реакции. Чувствительность слоя к свету на длине вол­ ны 365 нм составляет 5-10-5 дж/см2; на длинах 530 и 630 нм—5-10-2 док/см2. Легко получить разрешение око­ ло 300—400 линий/мм. Запись однократная.

К фотомеханической записи относится и полимеризационный способ, впервые описанный в [Л. 13]. Носитель записи состоит из трех слоев: основы, проводящего слоя и термопластика. Слой термопластика содержит компо­ ненты, способные полимеризоваться под воздействием ультрафиолетового света. Облученные места вследствие полимеризации становятся более жесткими по сравне­ нию с необлучеинымп. Если термопластик равномерно зарядить и затем нагреть, то поверхностный рельеф образуется только в необлученных местах.

Еще один вариант способа фотомеханическом записи с локаль­ ным подогревом носителя рассмотрен в [Л. 45]. Термопластический

сивностью магнитного поля. Энергия СВЧ-снгнала 5 па резонирую­ щих участках преобразуется в тепловую, что приводит к местному разогреву слоя 2 и лежащего на нем деформируемого слоя 1. Нару­ шение равномерности тиснения при оплавлении на нагретых участках представляет собой поверхностный рельеф. Нагреватель 4 исполь­ зуется для предварительного разогрева носителя с целью повышения чувствительности.

Рельефную запись можно получить также на гало­ идосеребряных фотослоях. Практика фотографии пока­ зывает, что любой негатив имеет рельеф из-за усадки экспонированных участков фотоэмульсии. Например, засветка фотопластинки типа «Кодак» 649F до плотно-

34

Сти почернения, равной 1, приводит к образованию рельефа глубиной 0,8 мкм. В определенных пределах его глубина на данном участке фотоэмульсии пропор­ циональна освещенности этого участка. После отбели­ вания, т. е. растворения и удаления металлического серебра, фотослой становится прозрачным, но на нем остается рельеф. Для создания достаточной глубины экспозицию увеличивают в несколько раз по сравнению с той, которую применяют при обычном фотографиро­ вании.

Рельеф, пригодный для работы на отражение света, получают напылением непрозрачного слоя металла на поверхность проявленной фотоэмульсии.

Как известно, фотослои* имеют очень высокую чув­ ствительность и разрешение, достигающее 5 000 линий/мм.

Интерес к рельефной записи на галоидосеребряных фотослоях возник сравнительно недавно (в .1963 г.) в связи с развитием работ по голографии. Голограммы, полученные на фотослоях таким способом, называют рельефно-фазовыми [Л. 81]. Этот термин можно приме­ нить и к голограммам, полученным по любому другому способу фазовой рельефографии.

С теорией голографии на фазовых рельефных носи­

1-3. Запись механических и магнитных сигналов

Внастоящее время известны три вида механических входных сигналов: газовая ст.руя, поверхностно-активное вещество и ультра­ звуковое давление.

Впервом случае мы имеем дело с пневмопластической записью.

Вустройстве, описанном в [Л. 21], поверхностный рельеф получают

струей нагретого воздуха, выпускаемого под давлением из сопла на поверхность термопластика. Управляя температурой и давлением струи, можно изменять размеры элементов поверхностного рельефа термопластика.

Метод записи с помощью поверхностно-активного вещества опи­ сан в [Л. 46]. На рис. 1-15 показан принцип действия устройства записи. На подложку /, покрытую проводящим слоем 2, нанесен термопластический слон 3. Через трафарет 4 с помощью распылите­ ля 5 на слой термопластика наносят поверхностно-активное веще­ ство, которое может повышать или понижать его поверхностное на­ тяжение. Далее трафарет удаляют и поверхность термопластика равномерно заряжают от ко.ронатора 6. После размягчения термо­ пластика нагреванием на его поверхности образуется рельефное изо­ бражение, соответствующее рисунку трафарета. Как правило, этот метод используют для получения «морозного» рельефа. В качестве поверхностно-активного вещества применяют, в частности, полиди-

метнлсилоксап вязкостью около 50 сст. Подобные материалы с низ­ кой вязкостью легко растекаются и стремятся заполнить впадины

на деформируемом слое. Хотя изображение в данном случае полу­ чается и видимым, его контрастность весьма невелика, поскольку мало различие показателей преломления деформируемого материала и поверхностно-активного вещества. Поэтому желательно, чтобы тол­ щина слоя поверхностно-активного вещества была меньше, чем глу­ бина деформации «морозных» изображений.

Другой способ нанесения поверхностно-активного вещества на деформируемый слой состоит в его испарении с поверхности ориги­ нала. Для этого оригинал 4 (рис. 1-15) со стороны, обращенной

к термопластику 3, покрывают поверхностно-активным веществом п помещают на некотором расстоянии от деформируемого слоя. В этом случае оригинал имеет вид сплошной пластины, на которой изобра­ жение представлено в виде совокупности участков, поглощающих или не поглощающих инфракрасные лучи. На участках, поглощающих ИК-излучение, поверхностно-активное вещество испаряется и по­ падает на поверхность термопластика. После его зарядки с помощью короматора и теплового проявления образуется «морозное» изобра­ жение.

В [Л. 22] изучалась возможность голографической записи ультразвуковых сигналов на деформируемых слоях с целью наблю­ дения объектов из оптически непрозрачных материалов в объемном виде. Запись голограмм осуществляли по известной схеме Лента и Упатпикса (рис. 1-16). Ультразвуковой источник 1 был направлен на исследуемый предмет, а источник 2 формировал опорный луч. Оба источника работали от одного и того же генератора с частотами от 5 до 30 мгц и поэтому испускали когерентное ультразвуковое излуче­ ние. На поверхности жидкости 5, наполняющей ванну, был помещен деформируемый слой 4. Результирующая стоячая волна давления на свободной поверхности деформируемого слоя, получавшаяся благо­ даря интерференции воли от объекта 3 и опорного источника 2, пре­ образовывалась в рельеф. В зависимости от характера требований к голограмме запись можно осуществлять на жидкой, твердой пли упруговязкой пленке. Использование твердых термопластиков, раз­ мягчаемых при записи с последующим охлаждением, позволяет запомнить изображение объекта па любой период времени.

36

Продолжение табл. 1-1