Во второй половине 1980-х годов я принял вызов попытаться создать Голограммы DCG с помощью маломощных HeNe-лазеров (633 нм).
Последующее открытие полезного соединения TMG и его теоретическая сторона описаны в ссылке (1 ) в приведенной ниже статье, которая в основном была написана еще в 1989 году. Работает ли это? Конечно, работает, но терпение - это не добродетель, здесь оно необходимо. Однако мог ли кто-нибудь получить более восторженное электронное письмо, чем я получил в 2002 году от студента из Южной Америки? Вот оно:-
Дата: ср., 5 июн. 2002 г. 11:18:51 -0700 (PDT)
От: M
Тема: вау!
Кому: Джефф Блайт <jeff@biotech.cam.ac.uk>
Я могу только сказать, боже мой! ВАУ, ВАУ, ВАУ!!!!!!
Однако, хотя в 1989 году я был доволен тем, что немного ослабил монопольную власть Agfa-Gevaert как поставщика голографических эмульсий Red sensitive, с тех пор, как мы все знаем, многое изменилось.
Я переключился на работу только с эмульсиями на основе галогенида серебра, и поскольку DCG был относительно медленным с точки зрения фотографирования, я отложил его в долгий ящик. Так что письма М. и других, а также переписка примерно через 12 лет после того, как я в последний раз над этим работал, были неожиданностью.
(Почти все последующее было написано в 1989 году для голографистов-любителей того времени.)
Как сделать четкие и очень яркие DCG-голограммы с помощью HeNe.
(633 нм) Джефф Блайт
В ходе некоторых моих частных исследований было обнаружено легкодоступное химическое вещество, которое позволяет получить ослепительно яркую отражающую голограмму объекта диаметром, скажем, 1 дюйм, после воздействия всего 1 минуты мощностью 10 МВт. HeNe. (т.е. с расширением луча до диаметра около 4 см для равномерного освещения объекта.). Это открывает голографам возможность создавать свои собственные голографические пластины и получать более яркие результаты при однолучевом изображении, чем они могли бы получить, покупая дорогие пластины из галогенида серебра. Это также позволяет покрывать им изогнутые поверхности, такие как бокалы для вина. Приведенный ниже рецепт действительно работает и может доставить массу удовольствия.
В отличие от обычного материала для записи DCG , этот материал остается чувствительным в течение нескольких недель при комнатной температуре, и все же он содержит лишь малую долю от обычно используемого количества дихромата. Подход, использованный в приведенных ниже инструкциях, позволяет получать удивительно качественные покрытия при минимальных затратах. Однако есть один пункт, который был бы очень полезен. Контроль рН до значения около 9 действительно важен в этой системе, и поэтому использовать рН-метр было бы намного проще, чем использовать бумажную бумагу.
Процедура подготовки DCG к записи с помощью HeNe-лазера
Следуя приведенным ниже инструкциям, можно получить примерно 100 мл материала. Новое открытие касается 1,1,3,3-тетраметилгуанидина (TMG ).(Aldrich cat. № 24176-8.). Это значительный прогресс по сравнению с другими подобными системами [2], возможно, потому, что эта молекула существует в виде ряда резонансных структур в динамическом равновесии.[1 ]
После нейтрализации TMG уксусной кислотой и добавления в желатиновый состав это достаточно безвредное вещество. Однако чистый химикат представляет собой летучую, вонючую и очень щелочную жидкость , которую не следует вдыхать и при ее использовании следует надевать средства защиты глаз.
Приготовление исходного раствора 25% в/в TMG ( 1,1,3,3-тетраметилгуанидина): 50 мл деионизированной воды: добавлять до тех пор, пока общий объем не достигнет 200 мл.
Приготовление исходного раствора TMG ацетата.
25%-ный исходный раствор TMG: 80 мл.
Ледяная уксусная кислота 8 куб. см (приблизительно). Это количество следует добавлять очень медленно при перемешивании и при необходимости регулировать, чтобы получить рН примерно 7. (При соединении двух паров здесь возникает небольшое дымление.)
Приготовление исходного раствора 5% мас./об. хромата калия
Хромат калия: 5,0 г, разведенный до 100 мл деионизированной воды.
Приготовление исходного 0,4% раствора метиленового синего
Метиленовый синий: 2,0 г. Деионизированная вода: 500 куб. см.Любые нерастворенные примеси можно отфильтровать.
Приготовление раствора для нанесения покрытия.
Холодная деионизированная вода 80 куб. см
Желатин 12 г. (Коровий желатин хорошего качества, а не свиной) (У него должна быть более низкая "изоэлектрическая точка" коровьего желатина.) Тем не менее, хороший пищевой желатин дал отличные результаты.
Поставьте контейнер на водяную баню и нагрейте содержимое до температуры от 45 до 50 ° C, медленно механически помешивая. Это может занять 20 минут или больше. Убедитесь, что не осталось частиц нерастворенного желатина.
Отфильтруйте раствор через нейлоновую сетку, например, чулок. Поддерживая температуру между 40 и 45 °C, продолжайте следующим образом:
Исходный 5%-ный раствор хромата калия : 1,0 куб. см.
Исходный раствор ТМГ ацетата: 6 куб. см **
**(Обратите внимание, что это количество должно воспроизводить оранжевый цвет на отражающих голограммах, сделанных с помощью HeNe-лазера, при относительной влажности окружающей среды 60%. Для получения зеленого повторного цвета это количество следует увеличить до 8 куб. см. Преимуществом этого также является повышение светочувствительности, но недостатком является то, что поверхность становится довольно липкой, поскольку TMG гигроскопичен.
Шаг регулировки pH.
С этого момента, перед добавлением метиленового синего, очень ВАЖНО поддерживать рН между 9,0 и 9,5.
Регулировку проводят путем очень осторожного добавления исходного 25% раствора TMG по каплям при тщательном перемешивании раствора. Если рН поднимается выше 9,5, его следует немедленно восстановить каплей уксусной кислоты. На данный момент невозможно дать точное значение количества любого из этих реагентов, поскольку это будет зависеть от используемой партии желатина. Я обнаружил, что для получения pH 9,1 требуется 1,8 куб. см запаса 25% TMG. Большим преимуществом является использование рН-метра, а не бумажных полосок для измерения pH.[Полезным калибровочным раствором является 3,80 г кристаллов буры на литр дистиллированной воды. При комнатной температуре значение pH составляет 9,2.]
Наконец, при зеленом или тускло-желтом безопасном освещении: 6 мл исходного раствора метиленового синего. Обратите внимание, что это значение относится к толщине покрытия от 4 до 5 микрон. Если вы собираетесь удвоить толщину покрытия, используя методы, отличные от простого, описанного ниже, то количество метиленового синего, возможно, потребуется уменьшить. Это связано с тем, что содержание красителя в высушенном покрытии должно быть достаточно низким, чтобы пропускать как можно больше света к объекту. Однако, если вы не видите никаких признаков синей окраски, когда ваша высушенная неэкспонированная пленка лежит на белой бумаге, то это, вероятно, означает, что вы допустили слишком низкое падение рН, и она не будет чувствительна к красному свету. [ В моем самом раннем рецептуре я использовал дихромат аммония, но обнаружил, что он вызывает значительные колебания рН покрытия в зависимости от степени его сухости и количества свободного аммиака, выделившегося из этой соли. Метиленовый синий образует бесполезный осадок с дихроматными ионами, если рН не превышает примерно 8,5. Соответственно, эта проблема была устранена использованием щелочной соли калияум-хромата вместо дихромата аммония.]
Этот препарат может оставаться активным в течение нескольких недель при комнатной температуре, хотя лучше всего хранить его в холодном месте, но не замораживать.
Простой метод нанесения покрытия. "Вуалевое покрытие" для стеклянной пластины размером 300 х 400 мм.
(Пластина должна быть очень чистой, например. если оставить ее на ночь в чистом растворе домашнего отбеливателя. Затем хорошо промыть в деионизированной воде. К счастью, предварительная подложка силаном не является обязательной, в отличие от работы с галогенсеребряным желатином.)
Под зеленым защитным светом (может быть намного ярче, чем при голографической записи на основе галогенида серебра).
1) Подогрейте раствор до температуры от 40 до 45 ° C в мензурке с хорошим носиком. Не перегревайте.
2) Держите чистую и теплую стеклянную пластину под углом около 30 градусов к вертикали так, чтобы ее основание покоилось на плоском и чистом подносе.
3) Расположите носик мензурки на расстоянии примерно 1 см от верха стакана и 1 см от ближайшего к вам края.
4) Начните выливать раствор с постоянной скоростью, перемещая руку с постоянной скоростью на сантиметр от верхней части тарелки. Жидкость должна равномерно распределиться по этой стороне стакана.
5) После того, как пластина будет покрыта, дайте ей застыть в таком положении в течение нескольких минут. ( Баланс между силами гравитации и поверхностного натяжения позволяет получить удивительно ровное покрытие.)
6) После того, как покрытие загустеет, толстый слой у нижнего края пластины можно либо стереть, либо удалить, окунув нижний край в теплую воду. Перелейте содержимое лотка обратно в мензурку.
Теперь тарелку лучше оставить сушиться как минимум на 24 часа в затемненном помещении, прежде чем разрезать ее на кусочки разумного размера.
например, квадраты размером 4 см. если у вас есть лазер мощностью всего 4 МВт.
Экспонирование Для получения яркой голограммы Денисюка объекта диаметром в один дюйм может потребоваться около 1 минуты. воздействие 10 МВт. HeNe-лазером с расширением луча, достаточным для обеспечения достаточно равномерного освещения объекта. Во-первых, необходим метод проб и ошибок при определении уровней воздействия. Стандартным объектом тестирования является большая яркая монета.
Первоначальные испытания предпочтительно должны включать диапазон уровней воздействия на одну пластину путем маскировки рассеянного лазерного луча на разное время . Пожалуйста помните , что удвоение диаметра луча может увеличить время экспозиции в 4 раза, а не в 2.
Основной причиной сбоев в новой работе DCG является либо недостаточное время выдержки, либо недостаточное время отстаивания, чтобы микродвижения желатина прекратились.
(Моей политикой всегда было настроить его и уйти и заняться чем-нибудь другим на час или три.! )
Обработка. Очень полезно иметь в виду следующую механическую модель. Если подвесить грузики к концу стальной удлинительной пружины, то снятие этих грузиков приведет к тому, что пружина восстановит свою первоначальную нерасширенную длину, если только вес не превысит критического значения. Когда вес достигает этого критического значения, материал пружины достигает так называемого "предела текучести". При снятии этого груза пружина, как правило, никогда полностью не восстановит свою первоначальную длину, а останется постоянно деформированной. Если бы материал пружины был немного жестче, то этот конкретный вес не растянул бы пружину выше предела текучести. Однако, если температура более жесткой пружины будет повышена, то этот вес может снова вывести пружину за пределы предела текучести.
DCG в воде ведет себя аналогично растянутой пружине. При определенной температуре растягивающие усилия, вызванные набуханием в воде, могут привести к тому, что желатин превысит предел текучести. Если бы температура воды была ниже, желатин не достиг бы предела текучести.
Искусство создания наиболее бесшумных и в то же время ярких DCG-голограмм заключается в том, чтобы максимально приблизить желатин к пределу текучести, не превышая его. Растягивание желатина сверх предела текучести создает шум в готовой голограмме. Используя аналогию с луковым слоем Каррана и Шанкоффа, голографические краевые слои могут напоминать высушенный лук со сморщенными слоями, если превышен предел текучести. Признаком того, что у вас припухлость в самый раз, является отсутствие молочности на открытой области, но молочность в неэкспонированной области.
Простой Метод обработки
(Настоятельно рекомендуется попробовать этот простой метод перед другими методами, о которых вы, возможно, знаете.)
Не следует проводить никаких значимых тестов до тех пор, пока покрытию не исполнится по крайней мере 24 часа.
Первую пробную голограмму лучше всего обрабатывать таким образом, чтобы предел текучести желатина был только превышен, а в готовой голограмме намеренно создавался некоторый шум или рассеяние. Это необходимо для уверенности в том, что отсутствие признаков голограммы после обработки не связано с недостаточным набуханием на первой водяной бане и, следовательно, должно быть вызвано либо относительным перемещением объекта и голографической пластины, либо недостаточной экспозицией. Как только будет установлен необходимый уровень экспозиции, можно будет создавать голограммы, лишенные каких-либо шумов, путем обработки на уровне, при котором желатин становится чуть ниже предела текучести.
После воздействия образец следует оставить на несколько минут перед обработкой.
1) Тщательно промойте голограмму в ХОЛОДНОЙ проточной воде в течение нескольких минут.
минуты.
Важная записка , написанная в 2002 году:-
Важно смыть все следы этого соединения TMG, чтобы предотвратить его попадание в ваши спиртовые ванны, где оно в конечном итоге впитается водой в готовые голограммы, и это фатально повлияет на их долгосрочную сохранность.
2) Затем пластинку набухают в воде при температуре 26 °C в течение примерно 1 минуты.
3) Стряхните лишние капли воды и погрузите тарелку в холодный изопропиловый спирт. Энергично перемешивайте не менее 1 минуты. ( Содержание воды в этой ванне может составлять от нуля до 10%.)
4) Поместите пластинку в другую ванну с изопропиловым спиртом, но на этот раз убедитесь, что содержание воды в ней меньше 1%.
Перемешивайте не менее 2 минут. (Недостаточное количество сухого спирта в этой ванне приведет к появлению следов высыхания , которые будут переливаться синим цветом.) Следует сказать, что особенно хорошие результаты и быстрое формирование изображения дает достаточно теплая ванна, но существуют риски пожарной безопасности, и теплая ванна может работать очень хорошо.
5) Сдуйте спирт с пластинки сильной струей тепловатого воздуха.
Длительное вдыхание паров спирта вредно, и поэтому процесс сушки следует проводить с отводом воздуха. Вторую спиртовую ванну следует как можно скорее защитить от окружающего воздуха, поскольку она быстро впитывает влагу.
Изображение не может быть видно до тех пор, пока весь спирт не выйдет из краев; этому процессу способствует хранение образца в теплом, сухом месте.
Если конечный результат абсолютно четкий и не показывает ни рассеяния, ни голограммы, то, скорее всего, краевые пустоты или трещины не образовались должным образом в спиртовой ванне из-за "эффекта Шанкоффа" [3] и голограмму просто нужно обработать водой с более высокой температурой в первой ванне. Если голограмма шумная или "молочная", то это означает, что предел текучести желатина превышен, и с этим шумом ничего нельзя поделать, кроме как снять другую пластинку и обработать ее в воде, скажем, при температуре 18 ° C.C, чтобы не был превышен предел текучести. Пластинам месячной давности, которые оставались при комнатной температуре, может потребоваться температура воды около 35 ° C.
При правильной температуре воды можно получать самые бесшумные и яркие однолучевые голограммы.
Готовые голограммы следует тщательно высушивать в течение нескольких часов при температуре около 60 ° C. в сухом помещении. После такой обработки они, по-видимому, способны бесконечно выдерживать относительную влажность окружающей среды ниже 70%. (Я обычно оставлял свои голограммы на несколько дней в лабораторном эксикаторе, содержащем фиолетовые кристаллы свежеобжаренного самоиндикаторного силикагеля). Затем их следует запечатать, если их собираются носить с собой, иначе холодная голограмма, внезапно занесенная в теплое помещение, может увлажнить поверхность и вызвать пресловутый эффект исчезновения голограмм DCG. (В этом случае их можно повторно обработать водой и спиртом.) Обратите внимание, что аэрозоли обычно не следует использовать в качестве герметиков, поскольку они могут проникать в края. Вязкая смола УФ-отверждения и стеклянная подложка, похоже, работают хорошо.
Благодарность.
Я очень благодарен за помощь Джорджу Клэру, который провел множество независимых тестов составов.
Список литературы.
(1) Дж.Блит. Сенсибилизированные дихроматизированными желатиновыми голограммами с метиленовым синим: новый донор электронов для их улучшенной фоточувствительности Приложение Optics 30, 1589-1602 (1991)
(2) Р. Чанкакоти, С.С.С.Бабу и С.В.Паппу, "Роль внешнего донора электронов в сенсибилизированных дихромированным желатином голограммах, сенсибилизированных метиленовым синим". Приложение Optics 27, 324 (1988)
(3) Р. Карран и Т. Шанкофф, "Механизм формирования голограммы в дихроматированном желатине". Приложение. Опт. 9, стр.1651 (1970).
