автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Bыcoкoинформативные фотогермопластические системы для записи оптических голограмм

\

Державний університет "Львівська політехніка"

ФІТЬО

Володимир Михайлович

УДК 772.932.45

ВИСОКОШФОРМАТИВНЗ ФОТОТЕРМОШІАСТИЧШ СИСТЕМИ ДЛЯ ЗАПИСУ ОПТИЧНИХ ГОЛОГРАМ

05.27.06- технологія, обладнатія та виробництво електронної техніки

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ЛЬВІВ - 1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в НВП “КАРАТ”, Міністерство промислової політики України, і в Державному університстеті "Львівська політехніка" на кафедрі “Лазерна техніка та оптоелектронні системи”, Міністерство освіти України.

Науковий керівник -

доктор технічних наук, професор Бобицький Ярослав Васильович,

ДУ “Львівська політехніка”, завідувач кафедрою.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор Індутний Іван Захарович, Інститут фізики напівпровідників, НАН України, завідувач відділом;

доктор технічних наук, професор Кожем’яко Володимир Прокопович,

Вінницький Державний технічний університет, професор.

Провідна установа -

Інститут фізики, лабораторія фізики лазерних середовищ, НАН України, м. Київ.

Захист дисертації відбудеться 29 травня 1998 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 04.06.18 при Державному університеті "Львівська політехніка “ (290646, м.Львів-13, вул. С. Бандери, 12).

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Державного університету "Львівська політехніка", (вул.

Професорська, 1).

Автореферат розіслано " сЛгґП/1^1 1998 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ' - Байцар Р. І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. Значний прогрес в розвитку оптичної голографії та постійна до неї зацікавленість пов’язані з новими методами розв'язку важливих технічних проблем. До таких основних задач, які успішно розв'язує оптична голографія і в які вона принесла тишки їй властиві особливості, відносяться: вимірювання механічних переміщень (голографічна ітггерферометрія), обробка та зберігаїшя оптичної інформації.

Основним компонентом пристроїв, що працюють на основі голографічного процесу, є носій інформації, який має у своєму складі фоточутливий матеріал. Одним із перспективних носіїв, які вже застосовуються, детально вивчаються та постійно вдосконалюються, є фототермопластачні носії (ФТПН).

Такі властивості ФТП - середовищ, як високі чутливість і дифракційпа ефективність, значна роздільна здатність, можливість багаторазового перезапису, відсутність мокрої хемічної обробки, проявлення на місці, можливість запису голоірам при фоновому некогерентному освітленні, короткий час запису (менше 1 с) приваблюють науковців і конструктурів апаратури широкого призначення. Кожне конкретне використання висуває певні вимоги до ФТПН та відповідного пристрою запису, які спільно утворюють ФТП - систему. ФТП - система являється інформаційною системою, характеристичним параметром якої є інформативність.

Необхідно відмітити, що в залежності від застосування ФТТ1-системи, поняття інформатішюсті буде конкретизуватися і уточнюватися. Наприклад: для голографічного запам'ятовуючого пристрою (ГЗП) -інформаційна ємність ФТПН на одиницю площі, для голографічної інтерферометри - інформаційна ємність однієї голограми (площа голограми), для оптичної обробки - об'єм інформації, яка опрацьовується в одиницю часу. Інформативність в основному визначається ФТПН, вона залежить також від пристрою запису. Тому висока інформативність неможлива без високих параметрів носія і відповідного пристрою запису. До теперішнього часу хоч на інформативність ФТП - системи зверталась увага, розробка ФТПН не супроводжувалась розробкою відповідного пристрою запису, що разом забезпечували б високу інформативніть.

В даній роботі приведені теоретичні та експериментальні дослідження ФТПН на основі органічного напівпровідника полікарбазолілсілоксана (ПКС), використовуючи який вдалося створити ФТП - системи вищої інформативності.

ЗВ’ЯЗОК РОБОТИ З НАУКОВИМИ ПРОГРАМАМИ, ПЛАНАМИ,

ТЕМАМИ. Представлена робота виконувалась в межах програм:

Приладобудування України, Електроніка - 2000, ДКР - 92163 (НВП

“Карат").

МЕТА І ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ. Мета роботи полягає в

підвищенні інформативності ФТП - систем для запису оптичних

голограм.

Поставлена мета досягається розв’язком наступних задач:

- визначенням граничних можливостей ФТП - систем шляхом аналізу теоретичних і експериментальних досліджень, приведених в літературі;

- дослідженням голографічних характеристик ФТПН на основі ПКС і вибором оптимального складу;

- покращенням якості нанесеного ФТП - шару на підкладку великої площі;

- пошуком структури ФТПН для ГЗП з високоефективним використанням площі носія;

- створенням і аналізом математичної моделі розподілу питомої енергії прявлення в ФТПН для ГЗП з фотокерованим нагрівом;

- дослідженням рівномірності температурного поля ФТПН, пошуком шляхів її покращення при проявленні голограм великої площі і розробкою відповідної ФТП-систсми;

аналізом теплових режимів в ФТПН при циклічному перезаписі, дослідженням теплових процесів в носії з комбінованою підкладкою;

- розробкою принципів формування струмових імпульсів проявлення для запису голограм високої якості при великій швидкодії;

- розробкою ФТП - систем з мультиплікацією предметного пучка, що дозволить досягнути високу швидкість перезапису голограм, в тому числі фур'є-голограм;

- експериментальними дослідженнями характеристик ФТПН при високій швидкості перезапису голограм.

НАУКОВА НОВИЗНА ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ:

1. Уточнено вплив "паразитної пам'яті" ФТПН на результати вимірювання голографічних характеристик. Сформульовано визначення деформаційної чутливості ФТП-носіїв. Виявлено, що голографічна чутливість пропорційна добутку деформаційної та елекгрофотографічної чутливостей.

2. Вперше розроблена математична модель розподілу струмів в структурі прозорий електрод - фотопровідішк - прозорий електрод у вигляді системи нелінійних диференціальних рівнянь другого порядку. Розв’язок представлено нескінченним збіжним рядом в полярній системі

з

кординат. На основі цієї моделі проведено оцінку параметрів шарів ФТПН безкоміркової структури (з фотокерованим нагрівом).

3. Доведено, що попередній нагрів носія великої площі на тильній стороні підкладки підвищує рівномірність нагріву, що приводить до покращення характеристик записаних голограм високої інформативності.

4. Вперше показано, що на поверхні структури, яка складається з відносно тонкої пластини з низькою теплопровідностю і масивної пластини з високою теплопровідністю можна добитися значного перепаду температури частотою більше 10 Гц при циклічній дії тепла.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ:

1. Результати досліджень ФТПН на основі ІЖС використані при розробці ТУ АУЭ0.032.000 (носії фототермопласгачні ), виробництво яких впроваджено на НВП “Карат”, що підтверджено відповідним актом.

2. Створена ФТП - система для якісного запису голограм великої площі (для голографічної інтерферометрії). Ця система може бути використана для неруйнівного контролю деталей з металу, кераміки, композитних матеріалів на машинобудівних заводах України.

3. Пристрій для напесення плівок методом занурювання забезпечує рівномірне та бездефектне формування шарів на підкладки великої площі. Цей пристрій також можна ефективно використати для панесення фоторезисту на підприємствах електронної промисловості.

4. ФТП - системи високої швидкодії та високої циклічності можуть застосовуватися в оптичних системах обробки інформації. Одна з таких систем використана в фізико-механічному інституті ім. Г. В. Карпенка в пристроях аналізу зображень, що підтверджується актом про впровадження.

5. На НВП ФТА впроваджена методика розрахунку теплофізичних характеристик складових термодрукуючої головки для отримання швидкозмінної температури. Тут використані результати досліджень ФТПН з комбінованою підкладкою. Впровадження підтверджується відповідним актом.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК ЗДОБУВАЧА. Автором самостійно проведені теоретичні дослідження та запропоновані основні ідеї та принципи, що стосуються ФТП - систем підвищеної інформативності. Автору належить розробка функціональних блок - схем пристроїв для запису голограм на ФТ1ІН. Автор безпосередньо приймав участь в проведешгі експериментальних досліджень і в розробці принципових схем пристроїв. Інтерпретація отриманих результатів, основні положення , що виносяться на захист, та висновки дисертації належать автору.

АПРОБАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ. Матеріали роботи викладені та обговорені на наступних нарадах і конференціях:

- III Всесоюзной конференции "Бессеребряные и необычные фотографические процессы" (г. Вильнюс, 1980);

- VII Всесоюзной школе "Методы оптической обработки информации" (Тбилиси, 1989);

- Б Всесоюзной конференции "Методы оптической обработки информации" (г. Бишкек, 1991);

- Другій Міжнародній Конференції "Конструкційні та функціональні матеріали" ( м. Львів, 1997).

ПУБЛІКАЦІЇ. Основні результати роботи викладені в 3 науково-технічних статтях, опубліковані в 3 матеріалах наукових конференцій та відображені в 5 авторських свідоцтвах і в матеріалах заявки на патент України.

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ ДИСЕРТАЦІЇ. Дисертація складається із вступу, 4 розділів та висновку, списку використаної літератури, а також додатків. Основні матеріали, викладені на 150 сг. машинописного тексту, містять 54 рисунки і 8 таблиць. Список використаної літератури нараховує 120 найменувань. Додатки надруковані на 10 ст.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми, визначена мета та основні завдання досліджень. Приведені основні положення роботи, які виносяться на захист.

В першому розділі проведено аналіз науково-технічної літератури, в якій розглянені носії та пристрої ФТП-запису різного призначення.

В підрозділі 1.1 описані характеристики ФТ1ПІ. Показані їх переваги та недоліки. На основі літературних джерел визначено граничні характеристики ФІ11Н, які отримані експериментально і розраховані теоретично. Приведено режими запису. Аналіз показує, що ФТПН можуть застосовуватися в голографічній інтерферометри, при обробці та зберіганні оптичної інформації. Кожному режиму запису, який реалізує максимальні можливості ФТПН, відповідає певний пристрій запису.

Різні види ФТПН описані в підрозділі 1.2. Для ГЗП необхідно мати носій, який дозволяє записувати велику кількість голограм на одну підкладку. Ці носії широко представлені та різноманітні по конструкції, що говорить про складність проблеми. Досить перспективними з точки зору збільшення інформативності є носії з фоторсзисторами, в яких корисна площа складає більше половини підкладки та носії з двома

суцільними прозорими електродами, між якими розміщений шар напівпровідника. Вимоги до напівпровідникового шару та прозорих електродів в літературі відсутні.

В голографічній інтерферометри необхідно записувати голограми великої площі (3x3 см2), що викликає особливі вимоги до пристрою запису. При записі голограм великої площі виникає проблема рівномірності нагріву ФТПН. Для пристроїв оптичної обробки інформації (оптична фільтрація, кореляційний аналіз) погрібшій ФТПН вищої швидкодії. Носій звичайної конструкції, як випливає з літературних джерел, забезпечує максимальну частоту перезапису 4 Гц. Технологія ФТП-носія полягає в нанесенні прозорого резистивного і провідного шарів, в формуванні резистивних площадок і провідних доріжок методами фотолітографіі і в нанесені плівок ФТП. ФТП-шар наносять методом центрифугувати чи занурення.

Аналіз існуючих пристроїв формування імпульсів проявлення та стирання показує, що вони не можуть забезпечити якісне проявлення ФТП-запису імпульсами струму тривалістю порядку 100 мкс через теплову інерцію ФТП-шару.

В підрозділі 1.3 показано, що можливі шляхи підвищення інформативності полягають у виборі ФТП, технології виготовлення посія, у збільшенні площі та швидкодії носія, в оптимізації характеристик напівпровідникового та резистивного шарів і в розробці носіїв принципово нової структури для ФТП - систем . При перевірці цих положень необхідно розрахувати теплові процеси в ФТП-носіях, експериментально поміряти голографічні характеристики ФТП-шарів, визначити режим проявлення та стирання в широкому діапазоні тривалостей, визначити теплофізичні характеристики ФТП-носіїв, розробити метод контролю рівномірності опору резистивного шару, розробити методику розрахунку вимог до напівпровідникового шару носія з фотокерованим нагрівом, створити пристрої запису, які реалізують високу інформативність, провести експериментальні дослідження, що підтвердять підвищеіпія інформативності. .

В другому розділі приведені результати досліджень інформаційних характеристик ФТП-носіїв на основі полімерного органічного напівпровідника - ПКС.

В підрозділі 2.1 описана технологія нанесення ФТІІ-шару. Експериментально показано, що методом центрифугування важко добитися високої рівномірності товщини плівки при товщинах ФТП-шару більше 2 мкм. При товщинах менше 1,5 мкм спостерігається розкид ± 0,1 мкм на підкладці розміром 70 х 70 мм2 . З точки зору

рівномірності краще використовувати метод занурення, який дозволяє одночасно наносити ФТП-шари на декілька підкладок. Для здійснення цього методу розроблена установка нанесення плівок із толуольного розчину ПКС+ТНФ. В установці за рахунок витікання розчину через рухомий сифон здійснюється рівномірне зниження рівня рідини. Вимірювання товщини ФТП-шару показало, що в горизонтальному напрямку практично відсутній розкид по товщині, а у вертикальному напрямку розкид лежить в межах 0,1 мкм на довжипі 70 мм. Одночасно при такому нанесенні суттєво зменшується кількість дефектів на одиницю площі. За рахунок цього підвищується інформативність ФТ1Ш.

Дослідження впливу "паразитної пам'яті" на фототермопластичий запис проведено в підрозділі 2.2. Показано, що голографічна чутливість (8) пропорційна добутку деформаційної (Бдеф) і елекгрофотографічної (Бо,і) чутливостей 8 = 0,1 Б о,і 8дсф.

Теоретично і експериментально показано, що "паразитна пам'ять", якщо не приймати мір застереження, впливає на форму експозиційної характеристики. Експериментально виявлено, що для зменшеїшя впливу “паразитної пам'яті” на результат вимірювання, носій необхідно повертати на кут 20° - 40° . При стиранні потроєним (по тривалості) імпульсом "паразитна пам'ять" становить менше 1 % від дифракційної ефективності голограми. Зняті експозиційні характеристики на просторових частотах 500 мм'1 і 1000 мм'1 для наступних вагових концентрацій ТНФ в ПКС : 1 %, 2 %, 3 %, 4 %. Для цих концентрацій визначена

електрофотографічна чутливість, розраховані голографічна і деформаційна чутливості, а також "паразитна пам'ять". Спостерігається добра кореляція між деформаційною чутливістю та "паразитною пам'яттю". На кривій залежності голографічної чутливості від концентрації ТНФ спостерігається максимум при 3% концентрації ТНФ. При такій концентрації голографічна чутливість рівна 1,2 м2/Дж і 0,12 м2/Дж на просторових частотах 500 мм'1 і 1000 мм'1 відповідно для товщини ФТП-шару 1,1 мкм.

В підрозділі 2.3 приведені результати експериментальних досліджень амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) ФТП-носія. Для товщини шару 1,27 мкм резонансна частота рівна 470 мм'1, а смуга передачі частот по рівню 0,707 залежить від експозиції і рівна 180 мм'1 та 290 мм'1 відповідно для експозицій 50 мкДж/см2 і 200 мкДж/см2. Для ФТП-носія із збільшенням експозиції смуга пропускання збільшується, резонансна частота може знижуватись за рахунок зменшення середнього потенціалу на поверхні ФТП-шару. Максимум АЧХ морозної деформації зміщений в сторону менших просторових частот, що пов'язано із збільшенням необхідної енергії проявлення морозної деформації.

В підрозділі 2.4 оішсапі експериментальні дослідження реверсивних властивостей ФТП-носіїв на основі ПКС+ТНФ. Шари ПКС+ТНФ стійкіші до ультрафіолетового випромінювання в порівнянні з шарами поліепоксіпропілкарбазола (ПЕПК+ТНФ), що забезпечує більш високу циклічність. Для виявлення змін ФТП - шару від циклічного перезапису реєструвалися голограми двох плоских хвильових фронтів на просторовій частоті 500 мм'1 і фур'є-голограми бінарпого транспаранта ємністю 104 біт. Дослідження циклічності показало, що основний вклад в погіршення голографічних властивостей ФТП-шару вносить корошшй розряд. Причому це погіршення пояснюється збільшенням числа і розмірів дефектів. Залежності відношення сигнал/шум і дифракційної ефективності від кількості проведених циклів запис-стирання корелюють між собою. ФТП-носії різних синтезів ПКС витримують від 4000 до 10000 циклів перезапису. Деякі синтези ПКС забезпечують більше 20000 циклів перезапису, хоча з меншою чутливістью.

Таким чином, за рахунок рсверсивішх характеристик, ФТПН на основі ПКС + Т1ІФ володіють вшцою інформативністю в порівнянні з іншими посіями.

В третьому розділі описапі ФТП-носії підвищеної інформативності для ГЗП та ФТП-систем для голографічної інтерферометрії.

В підрозділі 3.1 приведені результати досліджень ФТП-носіїв високої інформативності для ГЗП. Запропонований матричний носій складається з підкладки, прозорих резиставних доріжок, струмотгровідїпїх шин, фоторезисторів і ФТП - шару. Цей носій забезпечує проявлення за час менший ніж 4 мс, а ефективність використання підкладки для носія, який має 100 х 100 робочих комірок розміром 2x2 мм2 складає приблизно 0,64.

Для носія безкоміркової структури оптимізовані параметри напівпровідникового і прозорих шарів, виходячи із необхідної рівномірності питомої енергії проявлення. Напруга і поверхнева густина струму в освітленій ділянці ФТП-носія визначається шляхом розв'язання системи диференціальних рівнянь:

_и_

<Іг г цЛ ’

при наступних крайових умовах:

Я/ Лг

0; іАг)і0 = ио,

де г - біжуча коордюіата в полярній системі;

І(г) - поверхнева густина струму;

и(г) - напруга між двома резисгивними шарами;

Ру- питомий об'ємний опір освітленої ділянки напівпровідника;

(1 - товщина шару напівпровідника;

р3 - поверхневий опір прозорого електроду.

ІІісля розв'язання цієї системи рівнянь, розрахунку питомої потужності імнульса проявлення, яка залежить від тривалості проявлення і, нерівномірність якої по площі голограми повинна бути менше 3 %, отримуємо:

ід Рв „2 /пт

Йг<І

Типове значення поверхневого опору прозорого електроду з БпОг, ІП2О3 складає 20...40 Ом. Нехай рз= 40 Ом і потрібно записати голограму діаметром 1 мм. З нерівності визначимо добуток ру<і.

Руй > 50/у2 = 5 Омсм2. Коли сі = 5 мкм, то р7 = 10000 Омсм. Для освітленого напівпровідника типу С(1Б - СсІБе це відношсшія легко реалізується. Питома потужність проявлення при ио = 25 В буде рівна 125 Вт/см2, яка забезпечує проявлення за 8...16 мс, що достатньо для запису' голограми хорошої якості.

Виробництво потужних напівпровідникових лазерів (Р = 1,5...2 Вт) та високоефективних лазерів на УЛС:Ш3+ з використанням другої гармоніки спонукало розробити носії для ГЗП безкоміркової структури з додатковим шаром, який прозорий в зеленій області спектру (520 нм) і поглинає інфрачервоне випромінювання (830 нм). Цей шар отриманий термічним розпиленням фталоціаніну свинцю або ванаділу. В даному носії термічне проявлення здійснюється за рахунок поглинання потуашого інфрачервоного випромінювання.

В підрозділі 3.2 запропоновано ФТП-носій високої інформативності з однією робочою площадкою для голографічної інтерферометри. З допомогою тепловізора визначена рівномірність . теплових полів, які виникають при пропусканні струму через резистивішй прозорий шар. Ці дослідження показали необхідність контролю резистивного шару на стадії виробництва ФТП-носія. Для цієї мети розроблені і експериментально перевірені методика і установка для контролю резистивного шару по

температурному пошо з допомогою термоіндикаторів плавлення. Для покращення якості запису голограми при високій інформативності запропоновано і досліджено носій з двохсторошгім резистивним покриттям, на одній стороні якого проводиться попередній контрольований нагрів до заданої температури, а на зворотній стороні з нанесеним ФТП-шаром проводиться кінцевий нагрів до температури проявлення. Такий ФТП-носій з двостороннім резистивним шаром є конденсатором, ємність якого залежить від температури. Теоретично показано і експериментально доведено, що попередній нагрів покращує рівномірність температури ФТП - шару.

В підрозділі 3.3 описано пристрій для запису голограм великої площі. Пристрій забезпечує попередній нагрів ФТП-шару до заданої температури (ЗО...80 °С), її вимірювання і контроль. ФТП - носій з двостороннім резистивним покриттям, як ємнісний давач температури, включений в мостову вимірювальну схему.

В підрозділі 3.4 приведені результати запису голографічних інтерферограм на ФТП-носій підвищеної інформативності. При проведенні експериментів використовували He-Ne лазер ЛГН-215 і дифузійно відбиваючі об'єкти. Запис голограми здійснюється з використанням попереднього нагріву ФТП-шару до температури 36 °С. Тривалість імпульса проявлення складала 35 мс, а тривалість імпульса стирання -105 мс. Амплітуда імпульсів - 200 В, тривалість зарядження - 400 мс, а тривалість експонування - від однієї до десяти секунд. В роботі приведені фотографії інтерферограм пустотілих сфер, деформації яких викликані підвищеним внутрішнім тиском. Ьггеферограми характеризуються високим контрастом.

В четвертому розділі приведено результати теоретичних і експериментальних досліджень ФТП-носія підвищеної швидкодії. Показана можливість створення ФТП-носія з частотою перезапису більше 25 Гц.

В підрозділі 4.1 проаналізовано тепловий режим роботи носія при циклічному перезаписі. Виявлені причини, які обмежують швидкодію. Встановлено, що підвищена швидкодія реалізується при мінімальних енергіях імпульсів проявлення і стирання з примусовим охолодженням.

При тривалості проявлення біля ЗО мкс енергія проявлення прямує до свого граничного значення (0,16 Дж / см2), а при 100 мкс складає 0,2 Дж / см2. Для часу проявлення менше 70 мкс зменшується кількість циклів перезапису, погіршуються голографічиі характеристики. Тому тривалість імпульса проявлення 100 мкс можна рахувати оптимальною як з точки

зору досягнення високих голографічних характеристик, так і з точки зору підвищеної швидкодії.

Приблизно визначити швидкодію Р можна на основі розрахунку середньої температури ФТП-шару при циклічній дії тепла та її порівняння з температурою деформації ФТП:

де идСф - температура деформації ФТП - шару; и0 - температура оточуючого середовища;

Ь - коефіцієнт теплообміну; сі - товщина підкладки;

А. - теплопровідність;

Епр - питома енергія проявлеіпія в одиночному режимі; т1ф,тст - відповідно тривалості імпульсів проявлення і стирання. Якщо врахувати, що для циклічного запису ЕіфЦ дещо менша для одиничного запису, то отримаємо співвідношення:

де и^шах - максимальна темиература ири проявленні.

З цієї формули випливає, що для досягнення високої швидкодії необхідно щоб ФТП - шар мав різкий перехід з "твердого" стану в рідкий.

Якщо будемо охолоджувати носій зі сторопи вільної від ФТІІ-шару, то тепловідвід від ФТП-шару збільшується, тобто можна очікувати збільшення швидкодії:

і {и61ф-и0)ь<ал+м) ^=7=—------------------

F =

-ио) 2к+М

{и^-и^х+ш) р =---- - - —

Для скляної підкладки товщиною 2 мм швидкодія рівна 2,4 Гц. Якщо взяти підкладку із слюди товщиною ЗО мкм, для якої к = 0,24 Вт/м-К, решту даних залишити незмінними, то отримаємо швидкодію 24 Гц. При

розрахунках з примусовим охолодженням добутком її сі можна знехтувати в порівнянні з X, тобто знехтувати теплообміном з навколишнім середовищем. В цьому випадку можна отримати точний розв’язок рівнянь теплопровідності:

т* - тривалість імпульсу нагріву; р - густина матеріалу підкладки;

С - теплоємність матеріалу підкладки.

Необхідна питома енергія проявлення для слюди рівна 0,097 Дж/см2. Відповідно температури при стиранні для скла і слюди рівні: 263 °С і 266 °С.

о , 4 сі2Ср . .

З формули г =—5— можна оцінити товщину підкладки, знаючи т0. ж Я

Очевидно, що То повинно бути значно більше тсш і по крайній мірі повинно бути меншим довжини паузи, тобто повинні викопатись умови:

Таким чином товщина підкладки повинна задовільняти наступним нерівностям:

Для визначення температури в циклічному режимі необхідно просумувати приріст температур від всіх імпульсів на інтервалі (- °сД]. Розрахунок показав, що при вимушеному охолоджсіпіі для скляної підкладки товщиною 2 мм можна отримати швидкодію 3 Гц, а для слюдяної підкладки товщиною ЗО мкм - 40 Гц.

де Рп - питома потужність проявлення;

В підрозділі 4.2 описані ФТП-иосії підвищеної швидкодії, зокрема носії з рідинним охолодженням. Але оскільки для них необхідна товста скляна підкладка, то вони не можуть забезпечити високу швидкодію.

Ефективний відвід тепла можна здійснити з допомогою термоелектричного холодильника. Тому підкладка такого носія може бути слюдяною, яка наклеєна на термоелектричний холодильник. Такий носій може забезпечити швидкодію 13 Гц. Носій має високу швидкодію, якщо його підкладка складається із двох пластин: тонка з низькою

теплопровідністю і товста з високою теплопровідносте). За час проявлення

і стирання тепло, в основному, розподіляється в підкладці з низькою теплопровідністю, а за час паузи тепло розсіюється в підкладці з високою теплопровідністю. Слюда є придатним матеріалом для виготовлення тонкої пластини. Підкладка з високою теплопровідністю може бути виготовлена із металів (мідь, алюміній та ін.) та прозорих монокристалічних матеріалів: кварц, сапфір, окис магнію, фосфід галію. ФТП-носій з комбінованою підкладкою, яка складається із відносно тонкої пластини слюди і відносно товстої пластини монокристалу СаР, може забезпечити підвищену швидкодію при невеликій площі робочої комірки.

Підвищити швидкодію носія з комбінованою підкладкою можна при суміщенні його з системою охолодження, яка буде становити більше 25 Гц.

В підрозділі 4.3 описано пристрій для проявлення та стирання, який в процесі циклічного перезапису коректує свою роботу в залежності від зовнішніх та внутрішніх факторів, що повільно змінюються і впливають на процес запису. В запропонованому пристрої при високій стабільності тривалості імпульса формується амплітуда імпульса по результатах попередніх записів.

В підрозділі 4.4 описаний швидкодіючий пристрій запису на традиційний матричний ФТП-носій з мультиплікацією голограм. При цьому кожен наступний запис здійсіпоється на нову комірку. Мультиплікація реалізується з допомогою двомірної дифракційної гратки, яка розміщена впритул до просторово-часового модулятора світла (ПВМС). На носії з дев'ятьма робочими комірками швидкодія становила 10 Гц. В цьому ж підрозділі описано пристрій підвищеної частоти перезапису, в якому використовується голографічний розсіювач для мультиплікації голограми. Голографічний розсіювач на відміну від звичайного концентрує енергію лазерного пучка тільки на робочі комірки. Дальший розвиток ідеї мультиплікації привів до розробки пристрою запису голограм на стрічковий носій. В цьому пристрої використана одномірна дифракційна гратка, яка мультиплікує фур'є-спектр впоперек носія.

В підрозділі 4.5 приведені результати експериментальних досліджень швидкодії ФТП-носія з комбінованою підкладкою. Комбінована підкладка складалася із монокристшіічної пластини кварцу і пластини слюди, товщини яких відповідно рівні 3 мм і ЗО мкм. Пучок першого порядку дифракції з допомогою світлоподільиого кубика розщеплювався на два пучки, які фокусувалися лінзою. В місці фокусування розміщувалися фільтри, причому перший фільтр пропускав розсіяне світло на дефектах голограми, а другий фільтр пропускав корисний сигнал. Після фільтрів розміщувалися фотодіоди, виходи яких підключені до підсилювачів. За критерій швидкодії приймалась така частота перезапису, при якій відношення сигнал/шум становило 25 : 1. Дослідження показали, що швидкодія носія з комбінованою підкладкою становила 10 Гц, а звичайної скляної - 2 Гц.

В додатках наведено тексти та короткі описи програм розрахунку температури на резистивному шарі ФТП-носія під дією теплових імпульсів та акти впровадження.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

1.В результаті проведених досліджень знайдені шляхи підвищення інформативності ФТП - систем за рахунок збільшення кількості записаних голограм на одиницю площі, збільшення площі та якості записаних голограм, а також збільшення швидкодії перезапису.

2. Запропоновано спеціальний пристрій нанесення ФТП-шару методом занурення. Експериментально показано, що цей метод забезпечує менший розкид товщини шару по площі носія, порівняно з методом центрифугування. Окрім цього, метод запуреїшя продуктивніший і забезпечує рівномірне та бездефектне нанесення ФТП-шару на великі площі. За рахунок цього збільшується об’єм запису інформації. Голографічна (Б), електрофотографічна (Б 0,і) і деформаційна (Б ЛСф) чутливості пов'язані таким співвідношенням: Б = 0,1 8ДСфЯ 0д. ФТП-носії на основі ПКС+НТФ товщиною біля 1 мкм мають голографічну чутливість 1,2 м2/Дж па просторовій частоті запису 500 мм"1, дифракційну ефективність 25 %, резонансну частоту 500 мм'1 і кількість циклів перезапису не менше 4000.

3. Запропоновано ФТП-носій для ГЗГІ з фоторезисторами, які мають коефіцієнт використання підкладки 0,64 для 100 х 100 робочих комірок, а також носії однорідної структури з поглинаючим шаром в близькій інфрачервоній області спектру. Поглинаючий шар нанесений у вигляді тонкої плівки фталоціаніну свинцго або ванаділу, який має

максимум поглинання на 830 нм і мінімум - на 530 пм. Розроблено методику розрахунку параметрів напівпровідникового і резистивних прозорих шарів носія безкоміркової структури, що базується на розв’язку системи диференціальних рівнянь, які описують протікання струму в системі прозорий електрод - напівпровідник - прозорий електрод.

4. Запропонований носій з двостороннім рсзистивним покриттям і відповідний пристрій запису, які завдяки контрольованому попередньому підігріву забезпечують якісний запис високоінформативних голограм. В якості ємнісного давача температури в ФТП - системі високої інформативності використовується носій з двостороннім резистивним покриттям.

5. Розроблено простий метод оцінки швидкодії носія, який базується на розрахунку середньої температури ФТП-шару та її порівняння з температурою деформації ФТП-матеріалу. Швидкодію можна збільшити за рахунок примусового охолодження.

6. Отримано аналітичні співвідношення для розрахунку температури резистивного шару ФТП-носія при одиночному імпульсі нагріву і при періодичній дії тепла. Теоретично показано, що швидкодія з примусовим охолодженням при відповідному виборі підкладки досягає 25 Гц.

7. Для збільшення швидкодії і циклічності запропоновано пристрої, в яких мульти шикується предметний пучок. Мультиплікація предметного пучка здійснюється з допомогою дифракційної гратки чи голографічного розсіювача. З допомогою цього пристрою на носії з 9 робочими комірками отримано швидкодію 9 Гц. Швидкодія звичайного носія із скляною підкладкою товщиною 2 мм становить приблизно 2 Гц, а з комбінованою підкладкою - 10 Гц. Комбінована підкладка складалася із слюдяної пластини товщиною ЗО мкм і монокристалічної кварцової пластини 3 мм. Розмір робочої площадки становить 5x5 мм2.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧЕМ ЗА ТЕМОЮ

ДИСЕРТАЦІЇ:

І.Бобицький Я., Фітьо В. Голографічні характеристики

фототермопластичних носіїв на основі полікарбазолілсілоксана // Вісник

Державного університету “Львівська політехніка”. - 1998. - N 326. - С.

100 - 104.

2. Жовтанецкий О. И., Левченко О. Г., Фитьо В. М. Применение фототерм опластической записи для визуализации неоднородностей прозрачных средств // ОМП. - 1987. - N 4. - С.44-47.

3. Жовтанецкий О.И., Зюбрик А.И., Левченко О.Г., Фитьо В.М. Использование паразиггаой памяти фототермопластиков в голографической интерферометр™ // Автометрия. - 1983. - N 1,- С.99-101.

4. Гуревич С .Б., Фитьо В.М. Влияние "паразитной" памяти на фототермопластическую запись// Материалы 7 Всесоюзной школы "Методы оптической обработки информации".(Тбилиси 1989). - Л.: АН СССР.-1990. - С.161-176.

5. Гуревич С.Б., Фитьо В.М. Быстродействие фототермопластических носителей// Материалы 7 Всесоюзной школы "Методы оптической обработки информации".(Тбилиси 1989). - Л.:АН СССР. - 1990. - С.154-160.

6. А.с. 1426430 СССР. Устройство для нанесения пленок фоторезиста / Фитьо В.М., Жовтанецкий О.И., Веремейчук Н.С., Кеча Е. И., Стратонов А. И., Балота H. Н. - N 4131522; Заявл. 08.10.86; Зарегис. 22.05.88.

7. A.c. 1496503 СССР. Рельефографический носитель для многоциклической записи информации с тепловим проявлением п старанием / Фитьо В.М., Куклин С.М., Дунь Н.П., Левчепко О. Г., КричевецЮ. И. -N 3925190; Заявл. 08.07.85; Зарегис. 22.03.89.

8. A.c. 1347765 СССР. Устройство регистрации оптической информации / Фитьо В.М., Куклин С.М., Левченко О.Г., Жовтанецкий О.И. - N 4038055; Заявл. 18.03.86; Зарегис. 22.06.87.

9. A.c. 1362305 СССР. Голографическое устройство для регистрации оптической информации / Фитьо В.М., Преварский С.А., Куклин С.М., Кутаев Ю.Ф. - N 3953462; Заявл. 19.10.85; Зарегис. 22.08.87.

10.A.C. 1498262 СССР. Устройство для проявления и стирания фототермогшастической записи / Фитьо В.М., Куклин С.М., Левченко О.Г., Сало B.B.-N 4279511; Заявл. 06.07.87; Зарегис. 01.04.89.

11. Заявка N 97062914 МПК G03G 17/00 від 19.06.97 р. на видачу патенту України на винахід ’’Фототермопластичний носій” / Фітьо В. М., Ціж Б. Р., Бобицький Я. В. - 6с.

12. Фітьо В. М., Бобицький Я. В. Фототермопластичний носій для діагностики методом голографічної інтерферометрії // Матеріали Другої Міжнар. Конф. "Конструкційні та функціональні матеріали". - Львів 1997. - С. 268.

Фітьо В.М. Високоінформативні фототермопластичні системи для запису оптичних голограм. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 - технологія, обладнання та виробництво слектрогаюї техніки. - Державний університет “Львівська політехніка”, Львів, 1998.

Дисертацію присвячено питанням розробки фототермопластичних систем підвищеної інформативності для запису оптичних голограм. Запропоновані конструкції фототермопластичних носіїв (ФТПН) підвищеної інформативності і технологія їх виготовлення для наступних застосувань: голографічних запам’ятовуючих пристроїв, голографічної інтерферометри і пристроїв оптичної обробки інформації. Для інтерферометри і обробки інформації запропоновані пристрої запису голограм на ФТПН, які спільно з носієм забезпечують високу інформативність. Запропонована і дослідженна математична модель розподілу струму і напруг в носії з фотокерованим нагрівом. Приведено і обгрунтовано визначення деформаційної чутливості ФТПН. Приведені експериментальні дослідження ФТПН на основі полікарбазолилсілоксана, який володіє підвищеною реверсивністю (близько 4000 циклів перезапису). Вивчений ефект паразитної пам’яті. Створені носії з швидкодією більше 10 Гц.

Ключові слова: ФТПН, голограма, інформативність, чутливість, швидкодія, дифракційна ефективність.

Фитьо В.М. Высокоинформативные фототермопластические системы дня записи оптических голограмм. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.06 - технология, оборудование и производство электронной техники. - Государственный университет "Львовская политехника", Львов, 1998.

Диссертация посвящена вопросам разработки

фототермопластических систем повышенной информативности для записи оптических голограмм. Предложены конструкции фототермопластических носителей (ФТПН) повышенной информативности и технология их изготовления для следующих применений: голографических запоминающих устройств, голографической интерферометрии и устройств оптической обработки информации. Для интерферометрии и обработки информации предложены устройства записи голограмм на ФТПН совместно с носителем, обеспечивающих высокую информативность. Предложена и

исследована математическая модель распределения тока и напряжения в носителе с фотоуправляемым нагревом. Дано и обосновано определение деформационной чувствительности ФТПН. Проведены экспериментальные исследования ФТПН на основе поликарбазолштсилоксана, обладающего повышенной реверсивностью (около 4000 циклов перезаписи). Изучен эффект “паразитной памяти”. Созданы носители с быстродействием более 10 Гц.

Ключевые слова: ФТПН, голограмма, информативность,

чувствительность, быстродействие, дифракционная еффективность.

Fitio W. М. Photothermoplastic systems of high data for optical holograms recording. - Manuscript.

Dissertation for scientific stage obtaining of technical sciences candidate on the direction 05.27.06 - technology, equipment and production of electronic technique. - The State University “Lvivska Polytechnica”, Lviv, 1998.

Dissertation assigned to the questions of elaboration of photothermoplastic systems of high data for optical holograms recording. Proposed constructions of photothermoplastic carriers (PTPC) of high data and technology of production for the following applications: holographic memory devices, holographic

interferometry and devices for optical processing of information. Devices of holograms recording on the PTPC proposed for the interferometry and data processing. These devices with carriers provided high data. Proposed and developed mathematical model of current and power distribution in carriers with photodirected heating. Described and stipulated definition of deformation sensitivity of the PTPC. Described experimental research of the PTPC on the base of polycarbosolilsiloxan which have high reversion (approximately 4000 cycles of re-recording). Studied effect of parasitic memory. Created carriers with high rapidity more than 10 Гц.

Key words: PTPC, hologram, data, sensitivity, high rapidity, diffraction efficiency.