Файл: Применения лазеров..pdf

ровано с применением обычных теневых голографических методов.

Для успешного применения голографических методов в фотографии требуется эффективное управление парамет­ рами выходного лазерного излучения и особенно его вре­ менной когерентностью. При высокой когерентности мож-

Ф и г. 20. Схема импульсной лазерной голографической системы с повышенной когерентностью.

но допустить большие различия в оптической длине пути объектного и опорного лучей. В работе [3] описан лазер, генерирующий излучение в одной поперечной и одной продольной моде. Длина когерентности этого лазера пре­ вышала 1 м. Типичная длительность импульса составляла 30 нс, энергия — 250 мДж.

На фиг. 20 показана схема импульсной лазерной голографической системы, использованной в работе [3]. В ла­ зере используются внешние зеркала, а также ячейка крип­ тоцианина для модуляции добротности. С помощью этой ячейки подавлялись низшие продольные моды. Лазерный усилитель обеспечивал пятикратное увеличение оптиче­ ского сигнала за один проход. Были получены высокока­ чественные портретные снимки и снимки различных объ­ ектов.

Совершенствование процессов и методов изготовления микросхем связано с решением чисто оптических проблем. Каждый кремниевый диск диаметром приблизительно 2,5 см содержит десятки, а часто и сотни схем, требующих разрешения в несколько микрон. Маска для контактной печати на фоторезисте, покрывающем кремниевый диск, изготавливается техникой мультиплицирования после двух­ этапного уменьшения с исходного шаблона. Маски ис­ пользуются только определенное число раз, после чего их приходится выбрасывать. На процесс контактной пе­ чати сильно влияет наличие частиц пыли. Применение же техники проекционной печати невозможно, так как тре­ буется высокое разрешение в большом кадре.

С помощью голографических методов можно решить эту проблему, поскольку в принципе можно записать го­ лограмму одной микросхемы, а затем использовать го­ лограмму для получения ее изображения с высоким раз­ решением [9]. Размер поля изображения может быть при этом больше, чем при проецировании элемента с помощью линзы. Возможности этого применения рассмотрены в ра­ ботах [9, 57].

Заманчиво использование голографического метода од­ новременно с техникой мультипликации изображений [95]. При мультипликации исходный объект (его изображение) освещается когерентным светом, после чего рассеянное излучение падает на специальную периодическую струк­ туру, которая создает в конечной плоскости изображения системы распределение интенсивности, представляющее со­ бой набор дельта-функций. В точках положения дельта­ функций и образуются изображения объекта. Первона­ чально здесь использовались дифракционные решетки. Однако техника репликации может быть значительно усо­ вершенствована, если получать такую периодическую струк­ туру, записывая на голограмму заданного вида матрицу дельта-функций. С подобным предложением выступили многие авторы [40, 41, 80, 81], в том числе и авторы работы

[95].

В работе [57] голограмма одной микросхемы восста­ навливалась при освещении набором опорных пучков.

Работы в данном направлении представляют значитель­ ный интерес, но в производстве микросхем они пока не нашли применения.

3. 5. Запись и воспроизведение информации

Еще в 1964 г. Лейт и Упатник [73] продемонстрировали возможность записи нескольких изображений на одну голограмму. Два объекта устанавливались на разных рас­ стояниях от голографической пластинки так, чтобы они не заслоняли друг друга при наблюдении с местоположения этой пластинки. Последовательную запись нескольких изображений можно производить путем поворачивания голограммы между экспозициями [146]. Эта схема записи подобна ранним методам неголографического уплотнения. Запись информации в виде голограмм дает существенные преимущества перед записью микроизображений. Голо­ граммы обычно малочувствительны к наличию царапин, пыли, проколов эмульсии и другим локальным де­ фектам, в то время как в микроизображениях эти дефекты могут привести к полной утрате записанной информации или какой-либо ее части. Другими словами, голографичес­ кая запись информации обладает избыточностью.

3.5.1. Голографические ЗУ

Эти преимущества побудили целый ряд фирм, вклю­ чая RCA, Bell Telephone Labs и IBM, приступить к изу­ чению запоминающих устройств (ЗУ) нового типа. Емкость проектируемых голографических ЗУ с постраничной ор­ ганизацией может превышать 2-ІО7 бит при быстродейст­ вии 50 Мбит/с и времени выборки 3 -10~6 с [67, 68]. Харак­ терным примером такого ЗУ, имеющего произвольную выборку информации, является устройство, разработан­ ное фирмой Bell Telephone Labs.

В устройстве используется аргоновый лазер, луч ко­ торого отклоняется с помощью двух акустооптических эле­ ментов (на основе молибдата свинца) на голографическое запоминающее устройство (пластину) (фиг. 21). Изобра­ жение, восстанавливаемое при освещении голограммы, про­ ецируется на матрицу приемников.

Информация, записанная в двоичном коде, представ­ ляется набором светлых и темных пятен, которые пре­ образуются посредством детекторов в электрические сиг­ налы. Пластина памяти заполняется методом шагового повторения [67] и каждая голограмма записывается отдельно по схеме Фурье. Голограммы образуются ин­ терференцией опорного пучка и фурье-образа маски, созда­ ваемого оптической системой с относительным отверстием

1 : 1,3.

разрабатываемое фирмой Bell Telephone Labs.

Голограмма занимает некоторую локализованную об­ ласть на пластине памяти. Обычно на пластине записывает­ ся матрица из 32 X 32 голограмм, а каждая голограмма содержит 4096 бит информации. Расстояние. между цен­ трами голограмм 2 мм. Малая площадь голограммы нес­ колько снижает рассмотренные выше преимущества голографической записи данных. В восстанавливаемом изобра­ жении размер элемента равен 1,5 мм. Использование оп­ тической системы с относительным отверстием 1 : 0,7 поз­ воляет увеличить емкость до 16ІО7 бит, при этом на плас­ тину памяти записывается матрица из 64 х 64 голограмм.

Одним из возможных применений оптической памяти является замена шрифта в полиграфической промыш­ ленности [80]. В запоминающих устройствах содержится набор голограмм букв одного или нескольких шрифтов. При отклонении луча аргонового лазера с помощью двух зеркал в заданное положение на фотокатод телевизионной трубки проецируется действительное голографическое изо­ бражение требуемой буквы. Видеосигнал, получаемый при

на экране электронно-лучевой трубки обрабатывается с целью определения точного размера и формы буквы. Окон­ чательная установка буквы осуществляется оптическими средствами. Очевидно, что предлагаемый метод должен конкурировать в техническом и экономическом отношении с методами набора, применяемыми в полиграфической про­ мышленности в настоящее время.

Перспективность голографических ЗУ зависит от успе­ хов в разработке регистрирующих материалов. Безус­ ловно, сначала основным кандидатом будут серебряно-га­ лоидные эмульсии. С использованием бихромированной желатины, в которой осуществляется фазовая регистрация, можно будет значительно повысить дифракционную эф­ фективность голограмм. Однако большим недостатком этих материалов является необратимость. Возможности опти­ ческих ЗУ существенно расширятся в том случае, если материал будет допускать стирание. Это позволит произ­ водить в ЗУ локальную перезапись информации.

В работе [10] описаны исследования большого числа различных фотохромных материалов с точки зрения при­ менения их в качестве регистрирующих. Обычно запись в фотохромном материале ведется голубым, а стирание — красным излучением. Для считывания используется излу­ чение с длиной волны, занимающей промежуточное поло­ жение. Следует отметить, что эти материалы значительно менее чувствительны, чем серебряно-галоидные эмульсии, однако с помощью лазеров можно получить высокую плот­ ность энергии излучения и тем самым скомпенсировать потери в чувствительности.

Вработе [142] исследуются высокочувствительные об­ ратимые термопластические материалы, которые обладают достаточным числом циклов перезаписи.

Вчисле перспективных материалов рассматриваются

тонкие ферромагнитные пленки с так называемой «записью выше точки Кюри». В работах [24, 89] исследовались мар- ганец-висмутовые пленки. В этих пленках происходит перемагничивание при нагревании их лучом лазера. При считывании они освещаются лазерным лучом меньшей мощности, и на выходе возникает модуляция фазы за счет эффекта Фарадея. Стирание информации производится

56 Брайен Дж. Томпсон

нагреванием пленки выше температуры Кюри, составляю­ щей 150° С для МпВІ.

И наконец, в качестве возможных фазовых регистри­ рующих материалов исследуются сегнетоэлектрические кристаллы, в которых под действием оптического излуче­ ния изменяется показатель преломления. Наиболее инте­ ресные из этих материалов — ниобат лития [24] и титанат бария [136].

3.5.2. Воспроизведение телевизионных программ

Новый метод цветной видеозаписи, использующий голографические принципы, предложен фирмой RCA. На вини­ ловой пленке методом тиснения получают рельефные голо-

Ф и г. 22. Система воспроизведения телевизионных программ фир­ мы RCA.

граммы Фурье. Этот новый голографический материал предназначен для регистрации фазовых голограмм. Голо­ граммы Фурье используются потому, что восстанавли­ ваемое из них изображение не смещается при поперечных перемещениях голограммы. Система, получившая название Selecta Vision, находится в стадии разработки. Она пред­ назначена для широкого потребителя и, по-видимому, поя­ вится в продаже в 1973 г. Система Selecta Vision может стать первым применением голографии в широких мас­

штабах.

Представляет интерес характер использования гологра­ фических принципов в этом методе. Сначала голограмма записывается с помощью Не—Cd-лазера (излучение на

X = 4416 Â) в слое фоторезиста, нанесенного на метал­ лическую ленту. Получаемый никелевый шаблон исполь­ зуется затем для тиснения голограмм на виниловой ленте при ее нагревании. С помощью одного шаблона можно быстро изготовить большое число копий голограмм. Шири­ на виниловой ленты равна 12,5 мм, ширина голограммы 10 мм. Голографическое изображение проецируется на видикон при освещении Не—Ne-лазером мощностью 2 мВт (фиг. 22). Цвет кодируется с помощью ряда наклады­ вающихся областей с промодулированной интенсивностью для голубого и для красного изображений, а сигнал зеле­ ного изображения восстанавливается вычитанием интен­ сивности красного и голубого сигналов из полной интен­ сивности изображения.

3. 6. Получение изображений сквозь искажающую среду

Запись на голограмме полной информации о падающей волне дает возможность компенсировать искажения изо­ бражений, вносимые средой между объектом и голограммой.

Ф и г . 23. Запись голограммы при наличии искажающей среды (из работы [38]).

Лейт и Упатникпоказали, как это можно сделать для случая сферических аберраций линзы [75, 141]. Для этого на голограмму записывается искаженный фронт волны излу­ чения точечного источника, прошедшего через линзу. По­