DD208689A1

DD208689A1 - Materialien zur holographischen informationsaufzeichnung

Info

Publication number: DD208689A1
Application number: DD24189282A
Authority: DD
Inventors: Hans D Ilge; Manfred Reichenbaecher; Roland Paetzold; Joachim Epperlein; Friedrich Zoellner
Original assignee: Hans D Ilge; Manfred Reichenbaecher; Roland Paetzold; Joachim Epperlein; Friedrich Zoellner
Priority date: 1982-07-23
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1984-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft Materialien zur holographischen Informationsaufzeichnung, die die Nachteile der bisher bekannten Schichtherstellungsverfahren vermeiden und die es gestatten, auf der Basis von Phasenhologrammen gegenueber der Amplitudenhologramme wirksamere Beugungseffektivitaeten zu erzielen. Fulgide, Fulgimide, Fulghydrazide koennen zu hochebenen transparenten Schichten sublimiert oder zu grossen Einkristallen gezuechtet werden. Nach inkohaerenter Vorbestrahlung bleiben die so hergestellten Schichten praktisch unbegrenzt transparent und stabil. Eine Verhinderung der Rekristallisation der sublimierten Schichten kann auch durch Mischsublimation verschiedener Fulgide sowie deren Derivate erreicht werden. Holographische Gitterstrukturen koennen ohne nasschemische Behandlung und bei praktisch momentaner Entwicklung eingezeichnet werden. Die nach aktinischer Bestrahlung erreichten Brechzahlaenderungen ermoeglichen die Verwendung dieser Schichten fuer die holographische Informationsaufzeichnung. Zum Einschreiben der holographischen Gitterstrukturen kann kurzweiliges Licht (Lambda < 500NM) verwendet werden, und die Lesewellenlaengen liegen im langwelligen Spektralbereich (Lambda < 500 nm). Eine Erhoehung der Beugungseffektivitaet kann dadurch erzielt werden, dass durch den Einbau von Halogenen sowie Halogenalkylen oder -arylen die Brechzahldifferenz zwischen der belichteten und unbelichteten Schicht vergroessert wird.

Description

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Materialien zur holographischen Informationsaufzeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Materialien zur holographischen .Informationsaufzeichnung, insbesondere auf der Basis von Phasenhologrsmmen.

Die holographische Informationsaufzeichnung beruht auf der laserlichtinduzierten Absorptionsänderung (Amplitudenhologramm) bzw. Breohzahländerung (Phasenhologramp) von photographischen (Silbeihalogenid-) Schichten sowie: reversiblen bzw. nicht reversiblen silberfreien anorganischen oder auch organischen lichtempfindlichen Materialien. Dabei werden modulierte baserstrahlen im lichtempfindlichen Material zur Interferenz gebracht. Die in Sorm voa holographischen Gittern gespeichert vorliegendes Informationen können in bekannten optischen Anordnungenausgelesen werden. Die holographische InfOTmationsaufzeichnung bietet insbesondere dann Vorteile, wenn hohe Anforderungen an die Speicherkapazität gestellt werden·

Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Für die holographische Informationsaufzeichnung werden photographisohe Silberhalogenid-Emulsiocen oder auch reversible bzw. irreversible lichtempfindliche anorganische bzw. organische Materialien verwendet, z.B. auch Dichroisat-Gelatine-Schichten.

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Zur Erzielung einer wesentlich größeren' dominieren Ehasenhologramme auf der Basis von Brechzahländerungen gegenüber der Absorptionshologramme. Die größeren Beugungseffelctivitäten erlauben, kontrastreiche Abbildungen zu rekonstruieren. Mn bereits bekanntes Verfahren CEB 2823341} beruht auf der photoreversiblen amplitudenholographischen Aufzeichnung auf der Basis -топ polymeren Fulgidschichten. Hachteiligerweise können deshalb mit diesem Verfahren nur geringe Beugungseffektivitäten erreicht werden. Daräberhinaus tritt aufgrund der Photoreversibilität beim Lessprozeß ein Verlust ah Abbildungskontrast auf (destructive read out).

Bei Verwendung von Silberhalogenid-Eraulsionen werden Ehasenhologramme im allgemeinen durch naßehemische Verarbeitungssehritte (Bleichpibzesse, gerbende Entwicklung usw.) von aufgenommenen Absorptionshologrammen hergestellt. Hit der Sr- höhung der Beugungseffetfeivität wächst dabei aber auch nachteiligeruieise das Bauschen, so daB sich die Qualität der rekonstruierten Bilder verschlechtert. Als Ursache für dieses Häuschen werden im wesentlichen die Körnigkeit der photografischen Schicht, die Inhomogenität der Gelatine und verschiedene nichtlineare Erozesss im Aufzeichnungsmedium angesehen. Bei den ?häsenhologräsaiaeri auf der Basis der Photopolyiaerisation wird aufgrund des großen, über viele Monomere wirkenden z.T. ungleichmäßig bzw. unvollständig verlaufenden Polymerpifozesses und vor allem wegen der Haßentwicklurig ein geringeres Auflösungsvermögen gegenüber molefcularer BiIdsofbauprozesse erreicht. Bei dsn Dichrofflat-Gelatine-Schichten verhindern die mangelnde Haltbarkeit der vorbeschichteten Platten, die erforderliche Haßverarbeitung und die durch Chromat sowie Chroia entstehenden ökologischen РсоЫеие eins umfassendere Anwendung.

Ziel der Irfiadung

Bas Ziel der vorliegenden Erfindung ist, Materialien zur hoiog'raphisch'en Infornfatiohsaufzeichnung zu schaffen, die die Haehteile der Aufbringung der Schicht aus Lösungen, das Aufschmelaens, des SiaBens sowie der Haßverarbeitung und Лея w-sisi-ens durch chemische oder physikalische !Prozesse

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vermeiden und die es gestatten, hoehebene, transparente und stabile lichtempfindliche Schichten zur-Herstellung von holographischen Gitterstrufcturen zu erzeugen, wobei durch..die Wahl mannigfaltiger Substituenten die Verbindungen mit unterschiedlicher Lichtempfindlichkeit, wählbaren Breehangs- und Absorptionseigenschaften ausgestattet-werden Sonnen. Die Schichten sind mit üblichen holographische:: Tersucbsaiiordnungea zu strukturieren, ohne da£ naBtechnische Behandlung erforderlich ist und die Entwicklnngiiabläuft,. ohne daB das Aufzeiehnuiigsmaterial aus dem optischen System entfernt werden muß, d.h. die Verarbeitung ist leicht automatisiert durchzuführen. Dabei können vorzugsweise auf der Basis von Brechzahländerungen (Phasechologramm) holographische Gitterstrukturen für die Informationsaufzeichnung realisiert nieren.

Wesen der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, Materialien zur holographischen Informationsaufzeichnung zu entwickeln, die auf der Basis lichtempfindlicher organische« Verbindungen, insbesondere der Pulgide und.deren Derivate beruhen, die zu.hocbebenentransparenten Schichten sublimieroar oder zu großen Sin— kristallen züchtbar sind, durch einfache Arbeitsverfahren stabilisiert und in die holographische Gitterstrukturen ohne naßchemische Behandlung und bei praktisch momentaner Entwicklung eingezeichnet werden können.

Während die bisher für die holographische Informationsauf- Zeichnung vorgeschlagenen Materialien und Verfahren zu ihrer Herstellung nachteiligerweise Kornstrukturen haben·» oder naßchemisch fixiert werden müssen, oder infolge von Diffussions- und/oder Sjiellprozessen an Abbildungsschärfe verlieren, oder die Helligkeit dar rekonstruierten Abbildung infolge., einer zu geringen Beugungseffektivität unbefriedigend ist, oder, aber die photochromen Materialien, über eine zu geringe thermische Stabilität der lichtinduzierten ÜTorm, oder zu niedrige Ixtinktionskoeff'izienten verfügen, oder das Siiistrahlen mit der Arbeitswellenlänge einen AusbleichprozeS bewirkt* oder der photochrome Effekt in des transparenten Schicht fehlt, wird die Lösung in geeigneten Photoprozessen von organischen Verbin-

241 892 6.

Es wurde gefunden, daß die er£indungsgemäBen> licbtempfindlicben Fulgide der allgemeinen Formeln I bis III

R₁ 0

й Formel I

ι β ι ι

/?₊ ° 0 Rg

Forme/ Ж

Q R,

і ι ι и

⁶ forma Ж

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in denen

bis E Alkylgruppen, olefinische, heteroolefinische, substituierte sowie unsubstitulerte aromatische und heteroaromatische Gruppen Σ O, S-Alkyl, U-Aryl, H-H(H)aryl, H(alkyl)aryl Z Älkylen-, Arylengruppen

Deueuten, taich Sublimation transparente Schichten die zur Verhinderung der Bekristallisation durch zierte Bildung von Isomerengemisehen mit inkohärentem licht homogen: vorbestrahlt oder in Form тгоп Mischsublimaten verschiedener Pulgide, vorzugsweise Bit Jod- oder Bromallsyl- oder -axylverbindungen, stabilisiert werden können« Solche Schichten sind hocbeben, besitzen gute geometrische Eigenschaften, wie beispielsweise minimale Bauhiglceit der Grenzflächen, kornlose Struktur und bleiben jahrelang transparent und stabil. Sine Sohichtbildung aus Klarlacfcen ist natürlich auch möglich,. Bei afctinischer Bestrahlung werden in den Schichten änderung äer Brechzahl hervorgerufen, die auf folgenden l'ichtinduzierten sowie nachfolgenden thermischen Beairtionen (S/Z-Isomerisiening, Zyilisieni-cig, sigmatxops Eeaktionen, Dimerisierung u.a.) beruhen;

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Diese Brechzahländerungen ermöglichet!- die Verwendung der erfindungsgemäßen Schichten für die-holographische Informationsaufzeichnung, Die örtlichen Änderungen im Brechungsindex entsprechen dem optischen Interferenzmuster, das als Phasenhologramm aufgezeichnet werden soll. Die Brechzahldifferenzen zwischen belichteten und unbelichteten Schichtbereichen tonnen durch den JSinbau von Jod oder Brom oder aber durch Mischubliaation zwischen Fulgiden der Formeln I bis III UDd JoU- oder Bromalkyl- sowie arylverbtndungen bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Materialien vergrößert werden. Das Bedampfen der sublimierten'S^lciiterf mit Jod" öder Brom erfolgt dabei vor dem Belichten. Hach dam Einschreibers der holographischen Gitterstrufcturen werden die Halogene zweckmäßigerweise durch Lagern im Dunkeln von den unbelichteten Schichtbereichen desorbiert. Bs wurde auch gefunden, daS die Verbindungen der JOrmeln I bis III au mehreren Zentimeter groBen Sinfcristallen zächtbar sindj die nach dem Polieren optisch telaE Sind. Sowohl in die transparenten Schichten als auch in die Einkristalle können mit einer üblichen holographischen "Versudisaaorctousg Gitterstrukturen ejEg'&zeXchast werden. Las Einschreiben der holographischen Gitterstrukturen erfolgt in der Weise, daß solange mit kohärentem kurzwelligem Licht (A<500 nta) (beispielsweise die 488 nm - Linie der Argonionenlaser) bestrahlt wird, bis die Brechzahländerungen optimal sind. Die Lssewellenlangen liegen хат langwelligen Spektralbeieich (A>500 nm).

Die auf diese Weise erzeugten Phasenhologramme können in an sich bekannten holographischen Systemen für die Aufzeichnung von Informationen verwendet werden. Daxüberhinaus können auch undurchsichtige dreidimensionale Gegenstände abgebildet werden, wobei das Licht-, das von ihm reflektiert wird, auf das Aufzeichnungsmaterial trifft. Das rekonstruierte Bild kann unmittelbar nach, der Aufzeichnung ohne vorherigen Entwicklungsschritt gesehen werden.

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Anwendungsbei spiele

1. Herstellung aer Schicht

a) Sublimation

O₁Ij ^.i-Bipiperonylfulsia wird im Hochvakuum bei -IO lorr und bei einer Temperatur von 150 -80⁰C verdampf*· Sei eines Abstand 1x&s^ex ~ Sublimationsquelle vos 5 ^bis 10 om wild eine ausreichende Homogenität der sublimi^e3;~ ten Schicht-erreicht. Sei einer Schichtkonzentratioil ^ѵ°о 5 mg/cm² werden zwischen 350 imu "ѴЭО im tionen von 1,5 erzielt V^¹S- 1^). 1>!Le erhaltenen sind lcornlos und optiseh klar.

b) StabilisieruES

- Torbestrahlung

Mit über drei QuarzlinSen (Durchmeeser 80 шт) parall·^|älialerten, inkohärentem Hebt der Wellenlänge 405 тн (Hg-binie) wird die seüsibiliaierte Schicht homogen bestrahl*. Bei Intensitäten von 10" S-cm"²>a"¹. kann die bestrahlung nach 60 s ъееойеЪ чег&ев. iaigmmd dex Bildung von E/Z und Z/^-IsomereBgemischen zwischen άβ° in größeren Anteilen vorhandenen B/S-Isomersn ist die BekristallisationsneigUES vollständig unterdrüclct, I>i^e auf diese Weise vorbesirahlten Schichten bleiben JaWrelang glastuar.

- auroh Mischsublimatbildung

Zur Stabilisierung der. Schichten (Verhinderung der S^e~ kristallisation) fcönneB, ^ie unter La) beschrieben, Mischsublimate zwlsoiiep mehreren Tulgiden, lulgimiden oder Sulghydraziden odei aber SchiseratomsubstanBen (z.B. Jodoform) hergestellt werden. Solche Schichten zeigen ebenfalls äußerst geriage Kristallisationneigung.

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с) Erhöhung der Brechzahldifferenzen

Die nach 1..a) und 1. b) hergestellten Schichten werden mit elementarem Jod oder Brom bei Hormaldruck und Наша-temperatur-bedampft. Nach dem Einschreiben der-holographischen Gittsxstrukturen -Bird das in üen Schichten nicht umgesetzte Jod oder Brom durch Lagern der Schicht im Dunkeln desorbiert,

2. Herstellung eines Einkristalls

Zu 5 g einer gesättigten Lösung von oi.S-Dlpiperonylfulgid in Chloroform wird ein Impfkristall gegeben, das Gefäß wird mit einem Plastestopfen leicht verschlossen und im Dunkeln bei Baumtemperatur stehen gelassen. Ist das Lösungsmittel weitgehend verdunstet, hat sich glasklarer Einkristall (ca. 2,5 cm lang, 1 сш breit) gebildet, der nach dem Polieren optisch klar ist.

3· Brzeupxmp und Anwendung der holographischen Gitter

Mit einer üblichen holographischen.- Versuchs an Ordnung wurde unter Verwendung der 488 nm-Linie eines Argonlasers in eine nach..-!-, erzeugte glasklare Schicht des *f-Dipiperonylfulgids-ein holographisches-Gitter photoinduziert. Die Schichtdicken---und Intensitätsabhängigkeit des erreichten Baugungsvüirfcungsgrades zeigt Hg.- 2. Ss wird nach Erreichen des maximalen Beugungswirkungsgradea deutlich, daß eine überbelichtung der Schichten nachteilig ist und zum Abbau-der Gitterstruktur fuhrt. Gleichermaßen gute Beugungseffektisitäten wurden bei Verwendung von beispielsweise a.<ADipiperonylanilid, e^i&Dianisylfulgid, «.<f-Bianisylanilid erhalten. Sine noch-schnellere und damit effektivere Binzeichnung wird mit solchen- Pulgiden und deren Derivaten erreicht, deren Pheny!ringe beispielsweise in m-Stellung elektronendrücfcende sowie in p-Stellung elektronenziehende Substituenten tragen. Die auf diese Weise erzeugten Schichten Hit den eingezeichneten holographischen Gitterstrukturen brauchen nicht entwickelt oder fixiert zu werden und sind über Jahre stabil,. Als Lesewellenlänge steht der gesamte sichtbare Bereich aur Verfüeune.

Claims

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Erfindungsanspriiche

1. Materialien гиг holographischen Auf zeichnung, gekennzeichnet dadurch, daß in hochebene transparente, durch Sublimation erzeugte ifulgid- bau. Sulgimid-Schichten oder in Fulgld- bzw. Sulgimid-Einfcristallen bei Bestrahlung im Sichtbaren oder ÜT-Bereioh Abbildungen vorwiegend auf der Grundlage der Inderung der Brechzahl erzeugt werden·
2. Materialien nach Punfct 1, gekennzeichnet dadurch, daß Verbindungen der allgemeinen Formel·-!

Forme 1 I

Formel I

in denen

E¹ bis E Alkylgruppen, olefinische, heteroolefinische, substituierte sowie unsubstituierte aromatische und/oder heteroaromatische Gruppen

Z ' O, H-Alkyl, Н-АГ7І, H-B(H)iryl, Я(Alkyl)-Aryl bedeuten,
verwendet werden.

241 §92 б

Materialien nach Fuslct "1, gekennzeichnet .aadmich, daß M-chromophore Systeme der allgemeinen Formeln II und Ц

Rs

*_fc о

0 R₁

Formel I

0 R,

К» о

Forme/ Ж

241

м 892 6

in denen

H bis E Alkylgruppen, olefinische, heteroolefinisohe,

substituierte sowie unsubstxtuierte aromatische und/oder heteroaromatische Gruppen

Z O, A-Alkyl, A-Aryl

P Allcylen oder Arylengruppen

bedeuten,
verwendet weiden.
4. Jiaterialien nach \Punk:t 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die auf Irägermaterialien sublimierten hochebenen transparenten Schichten oder aber Einkristalle zur bagerstabilisierung mit inkohärentem lacht vor bestrahlt werdes.
5. Materialien nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß ZMr Erhöhung der Beugungseffeictitität die Schichten in Joan von Misehsublimaten mit Schweratomverbindungen, wie Jodsowie Brbmalkyl oder -arylverbindungen hergestellt werden.
6. Materialien пасд Puntt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daS zur Erhöhung der Beugungseffelrtivität die Schichten nachträglich mit Jod oder Brom bedampft werden und das nicht umgesetzte Halogen nach dem Einschreiben der' holographischen Gitterstrufeturen durch Lagern im dunkeln wieder desorbiert wird.
7. Materialien nach Ftmtb 6, gekennzeichnet dadurch, daß die fixierung der mit einer üblichen holographischen Anordnung eingeseichneten holographischen Gitterstrulsturen durch Desorption der Halogene bewirbt wird, oder aber zur Umgehung einer chemischen oder physikalischen üsierung die holographischen Gitterstrufcturen mit kurzwelligem Licht erzeugt und die Lesewellenlängen in langwelligen, nicht absorbierenden Spelrtralbereich angewendet werden.