[发明专利]形成光稳定的全息图的方法

说明书

本发明涉及形成光稳定的全息图的方法。本发明还涉及固态成像材料和元件，它们曝光后影像区的折射率不同于非影像区的折射率。更具体讲本发明涉及的体系属于其中折射率影像是全息图体系。

术语“影像记录”通常是指在记录介质上产生光吸收的空间图形。照相方法就是这类方法中众所周知的实例。

但是，从广义上讲，术语“影像”是指试样光学性能的这么一种空间变化当光束通过此试样时能产生所需变化。一般讲，折射率影像和特别是全息图是调制相位的，而不是调制通过它们的光束振幅，通常认为它们属于相位全息图。相位全息影像记录系统产生了折射率变化的空间图形而不是在记录介质上造成光吸收的变化，因而这样可调制光束而不吸收光束。

这类折射率影像还包括许多表面上与吸收影像略有相似的光元件或设备。例如全息透镜、光栅、反射镜和光波导。

全息照相是光信息存储的一种形式，其一般原理在许多参考书都有叙述，例如E.N.Leith和J.Upatnieks著的“激光照相”，刊登在[科学的美国人]第212卷，第6期，第24-35页上（1965年6月）。简而言之，要被照相或成像的物体用相干光（例如激光）辐射，将一光敏记录介质（例如照相板）被定位在能接受从物体上反射过来的光处。物体上每个点都反射光到整个记录介质上，而介质上每个点都接受来自整个物体的光。这样反射的光束称为物光束。同时，用反射镜将相干光的一部分光束避开物体直接射到介质上，这束光称为参比光束。在记录介质上记录下来的是照射到介质上的参比光束和物光束相互作用而产生的干涉图形。以后当制得的记录介质用光照射和适当地观察，来自辐射的光被全息图衍射，而又重现了原来从物体射到介质的波阵面，这样全息图象一扇窗户，物体的虚像通过它用视差以完整的三维形式被观察到。

让参比光束和物光束从同一侧进入记录介质而形成的全息图被称为透射全息图。在记录介质上物光束和参比光束的相互作用形成了以垂直或近似垂直于记录介质平面的折射率有变化的物质条纹。当全息图用透射光时，这些条纹将光折射而产生虚像。这类透射全息图可用本技术领域众所周知的方法制造，例如在美国专利3，506，327、美国专利3，838，903和美国专利3，894，787所公开的方法，并且都在此列为参考文献。

让参比光束和物光束从两面相对地照射到记录介质上形成全息图，这样它们以近似于相反的方向射入，被称为反射全息图。物光束和参比光束在记录介质上相互作用形成了大约平行于记录介质平面的平面状折射率可变化的物质条纹。当全息图放象时，这些条纹起着折射镜的作用，将入射光反射到观察者处。因而，全息图是通过反射观察到的，而不是透射。因为这类全息图的波长灵敏度非常高，所以用白光来再现。离轴法制造的反射全息图可采用在此引为参考文献的美国专利3，532，406所公开的方法。

衍射光栅是可能的最简单透射全息图。它是两支相干平面波的全息图。它可以由分解单支激光束和再在记录介质上合并它们而生成的。

由彼此相干而又不是偏振成为相互垂直的两支平面波产生的干涉图形是一组具有正弦型光强分布且空间均匀排布的条纹。当光入射到记录介质上时，它们产生了一组具有正弦型折射率变化且空间均匀排布的条纹，通常称为光栅，取向为平行于两束入射光的角平分线。如果两支波是相对于记录介质表面的以相等角入射的，并且都在记录介质的同一侧，则干涉条纹垂直于介质表面的，这种光栅称为倾斜的。这么制成的全息图光栅称为透射光栅，因为通过此光栅的光受到衍射。如果光栅比干涉条纹间的距离厚得多，则称此光栅为厚的，条纹间距一般称为光栅间距。

衍射光栅可用它的衍射效率表征，也就是入射光线被衍射的百分数，以及它的厚度。关于厚的全息图光栅的简单可用的理论，通常称为“耦合波理论”是由科盖尔尼克建立的。（H.Kogelnik“关于厚全息图光栅的耦合波理论”Bell  Syt.Tech.J.，48.2909-2947，1969年）。这一理论阐述了衍射效率、光栅厚度、入射光的波长和入射光角度之间的关系，这一理论关于折射率记录系统的实用的讨论已发表在由汤林森和钱德罗斯所著文章的第二节上。（W.J.Tomlinson和E.A.Chandross著“有机光化学折射率影像记录系统”Adv.in  Photochem.，第12卷，J.N.Pitts.Jr.，G.S.Hammond和K.Gollinick编，Wiley-Interscience出版，New  York.1980年。第201-281页）。