CC BY
10
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
PHYSICAL AND TECHNICAL SCIENCES
УДК 535.42
Мешалкин А. Ю.1, Лошманский К. С.1, Кабанова О. С.2, Рушнова И. И.2, Акимова Е. А.1, Мельникова Е. А.2
ФОРМИРОВАНИЕ РЕЛЬЕФНЫХ ВОРТЕКС-ГОЛОГРАММ НА СЛОЯХ АЗОПОЛИМЕРОВ
; Институт прикладной физики, Кишинев, Молдова 2 Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь
Аннотация. Теоретически и экспериментально изучены компьютерный синтез голограмм с вилочкой, при восстановлении которых формируются оптические вихри с различным топологическим зарядом, и их запись на слои азополимеров. Использование фоточувствительных слоев азополимеров позволяет записывать фазовые голограммы, отличающиеся высокой дифракционной эффективностью. Голограммы оптического вихря с топологическим зарядом от 0 (гауссовый пучок) до 10 были смоделированы в среде МайаЬ и записаны на азополимере с помощью пространственного модулятора света.
Ключевые слова: голограммы с вилочкой, оптические вихри, светочувствительные среды, азополимер.
Оптика вихревых пучков является новым и активно развивающимся направлением, связанным с разнообразием сфер их применения, от оптического захвата микрочастиц до детектирования в астрофизике. Классическим способом формирования оптических вихрей является использование спиральных фазовых пластинок или спиральных аксиконов. Однако создание таких элементов достаточно сложный процесс, требующий использования дорогостоящего оборудования и прецизионных методов обработки поверхности (сверх-высокоразрешающая литография). Причем такой элемент работает только на одной длине волны. Более простым и управляемым способом формирования вихревых полей является использование дифракционных оптических элементов (ДОЭ), а также динамических жидкокристаллических транспарантов. Однако энергетическая эффективность (дифракционная эффективность) последних достаточно низкая (около 3%). В данной работе разработана методика синтеза и записи голограмм оптических вихрей в слоях голографиче-ских регистрирующих сред на основе азополимеров [1,2]. Получаемые таким образом голограммы являются рельефно-фазовыми с дифракционной эффективностью до 35%, что вполне пригодно для практического применения [3].
С помощью программы МайаЬ были смоделированы вортекс-голограммы с различным топологи-
ческим зарядом О. При нулевом заряде 0=0 фазовый вортекс представляет собой плоский волновой фронт, и соответствующая ему голограмма представляет собой дифракционную решетку - элементарную голограмму плоского волнового фронта. В качестве длины волны записи вортекс-голограмм использовали зеленую линию света 532 нм, размер пикселя регистрирующей среды задали 100 нм. В качестве опорного волнового фронта использовали плоский наклоненный волновой фронт. Угол падения составил 15°, что соответствует периоду интерференционной картины равный 2 мкм. На рис. 1 представлены смоделированные фазовые картины вортекса с зарядом О от 0 до 10, их голограммы, и восстановленные дифракционные картины этих голограмм. Восстановление моделировали на красной длине волны 650 нм, на расстоянии 300 мм от голограммы, при перпендикулярном падении считывающего луча.
Смоделированные голограммы вортекс-луча с различным зарядом и смоделированная дифракция на такой голограмме.
Для записи синтезированной голограммы на регистрирующую среду использовался одночастот-ный БР88 лазер 532 нм, 100 мВт и жидко-кристаллический пространственный модулятор света ЬС 2002 (Но1оеуе). На модулятор подавали изображение синтезированной голограммы, которое переносилось и записывалось в виде рельефно-фазовой
картины на регистрирующую среду в виде тонкого азополимерного слоя [4, 5]. Схема записи показана на рис. 2.
В качестве изображения, проецируемого на пространственный модулятор, использовали вор-
текс-голограмму с зарядом (3=3. Разрешение голограммы соответствовало разрешению матрицы модулятора 800x600 Пкс.
На рис. 3. показана синтезированная вортекс-го-лограмма (800x600) с зарядом 3.
Рис. 1. Смоделированные голограммы оптического вихря с различным топологическим зарядом (3 и смоделированная дифракция на такой голограмме
Рис. 2. Оптическая схема записи синтезированных голограмм на многослойную структуру. МО - микрообъектив, РН - точечная диафрагма (pinhole), L - линзы, SLM - пространственный модулятор света, S - регистрирующая среда
Рис. 3. Синтезированная вортекс-голограмма (800x600) с зарядом 3
ции были сфотографированы на цифровой фотоаппарат Canon EOS300D.
На рис. 4 показаны смоделированная и реально полученная дифракционные картины записанной голограммы.
Рис. 4. Смоделированная (а) и реально полученная (б) дифракционные картины записанной голограммы с зарядом 3
Благодарность: Работа была выполнена в рамках билатерального проекта 19.80013.50.07.04A/BL.
Список использованных источников
1. Achimova Е., Abaskin V., Meshalkin A., Prisacar A., et al. Polarization Holographic Recording on Photosensitive Polymers, 2019, IFMBE Proceedings, vol. 77, pp. 269-274.
2. Lo§manskii C., Achimova E., Abaskin V., Meshalkin A., Prisacar A., et al. QDs Doped Azopolymer for Direct Holographic Recording, 2019, IFMBE Proceedings, vol. 77, pp. 275-278.
3. Meshalkin, A.; Robu, S.; Achimova, E.; Prisacar, A.; Shepel, D.; Abashkin, V.; Triduh, G. Direct photoinduced surface relief formation in carbazolebased azopolymer using polarization holographic recording. J. Optoelectron. Adv. M. 2016, 18, 763-768
4. Podlipnov V., Ivliev N., Khonina S., Nesterenko D., Meshalkin A., Achimova E., Formation of microstructures on the surface of a carbazole-containing azopolymer by the action of laser beams2019, J. Phys.: Conf. Ser. 1368, 022069.
5. Podlipnov V., Ivliev N., Khonina S., Nesterenko D., Loçmanschii С., Meshalkin A., Achimova E., Abaskin V. Nonlinear effects in photoinduced nanomovement of carbazole-based azo-polymers, Proc. SPIE, 2019, 11146,111460P.
После записи вортекс-голограммы, образец был освещен красной длиной волны лазерной указки 650 нм. На расстоянии 300 мм был расположен экран, куда проецировалась дифракционная картина от вортекс-голограммы. Изображения дифрак-
Meshalkin A.1, Loshmanski K.1, Kabanova O.2, Rushnova I.2, Achimova E.', Melnikova E.2
THE FORMATION OF RELIEF VORTEX HOLOGRAMS ON THE LAYERS OF AZOPOLYMERS
'Institute of Applied Physics, Chisinau, Moldova 2Belarusian State University, Minsk, Belarus
Summary. Computer synthesis of holograms with a fork was studied theoretically and experimentally. Reconstruction of these holograms leads to formation of optical vortices with different topological charges. Recording of synthesized holograms on layers of azopolymers was performed. The use of photosensitive layers of azopolymers allows to record phase holograms, characterized by high diffraction efficiency. The holograms of an optical vortex with a topological charge from 0 (Gaussian beam) to 10 were simulated in Matlab software and recorded on an azopolymer using a spatial light modulator.
Keywords: holograms with a fork, optical vortices, photosensitive media, azopolymer.
