ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-03-16-25

УДК: 535.42

Формирование и свойства объемных и рельефных голографических решеток в фотополимерных материалах

Ворзобова Н.Д., Соколов П.П.

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Ворзобова Н.Д., Соколов П.П. Формирование и свойства объемных и рельефных голографических решеток в фотополимерных материалах // Оптический журнал. 2022. Т. 90. № 3. С. 16–25. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-03-16-25

 

Vorzobova N.D., Sokolov P.P. Formation and properties of volume and relief holographic gratings in photopolymer materials [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 3. P. 16–25. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-03-16-25

Ссылка на англоязычную версию:

N. D. Vorzobova and P. P. Sokolov, "Formation and properties of volume and relief holographic gratings in photopolymer materials," Journal of Optical Technology. 90(3), 114-118 (2023). https://doi.org/10.1364/JOT.90.000114

Аннотация:

Предмет исследования. Условия получения, дифракционные и селективные свойства голографических решеток различных типов в фотополимерных материалах. Цель работы. Исследование дифракционных и селективных свойств одномерных объемных ненаклонных и наклонных решеток, рельефных решеток, гибридных структур и двумерных решеток в различных фотополимерных материалах в широком диапазоне углов падения излучения в трехмерном пространстве и определение условий расширения углового диапазона, в котором достигаются высокие дифракционные свойства. Методология. Исследование дифракционной эффективности и угловой селективности пропускающих решеток в отличие от традиционной методики проводилось при падении излучения в широком угловом диапазоне в различных плоскостях при изменении ориентации решетки. Основные результаты. Определены условия получения эффективных пропускающих объемных решеток в перспективных фотополимерных материалах и их свойства. Показано, что при падении излучения в брэгговской плоскости максимальная дифракционная эффективность достигается в диапазоне углов до 80° при полуширине контура угловой селективности до 120°. Существуют направления прохождения излучения через решетку (косое прохождение), отличные от традиционного брэгговского направления, при которых возможно получить максимальную дифракционную эффективность. Максимальная дифракционная эффективность достигается при больших углах падения — около 70°. Определены условия формирования эффективных гибридных структур, сочетающих свойства объемной и рельефной решеток. Показано, что расширение диапазона углов падения излучения обеспечивается за счет вклада рельефной составляющей гибридной структуры. Показана возможность получения эффективных рельефных решеток в не исследованном ранее серийном фотополимерном материале. Определены условия получения эффективных двумерных решеток с перспективой плавного изменения интенсивностей в дифрагированных пучках при повороте элемента. Практическая значимость. Показано, что расширение углового диапазона может быть получено за счет вариации характеристик и ориентации решеток, что исключает необходимость составных элементов. Установленные свойства голографических решеток могут быть использованы для решения задач солнечной энергетики, дифракционной оптики, технологий защищенной печати.

 

Благодарность: работа выполнена при финансовой поддержке Университета ИТМО, грант № 621317. Авторы выражают благодарность сотрудникам Университета ИТМО Б.А. Наседкину за предоставление лазера (375 нм) и И.Д. Скурлову за измерение оптической плотности образцов решеток.

Ключевые слова:

объемная голографическая решетка, наклонная и ненаклонная решетки, одномерная и двумерная решетки, гибридная структура, рельефная решетка, дифракционная эффективность, угловая селективность, фотополимерный материал

Коды OCIS: 090.1970, 090.2890, 090.7330

Список источников:
  1. Rogers B., Mikulchyk T., Oubaha M., Cody D., Martin S., Naydenova I. Improving the holographic recording characteristics of a water­resistant photosensitive Sol–Gel for use in volume holographic optical elements // Photonics. 2022. V. 9. P. 636. https://doi.org/10.3390/photonics9090636
  2. Ferrara M.A., Borbone F., Coppola G. Holographic optical lenses recorded on a glassy matrix­based photopolymer for solar concentrators // Photonics. 2021. V. 8. P. 585. https://doi.org/10.3390/photonics8120585
  3. Neipp C., Francés J., Martínez F.J., Fernández R., Alvarez M.L., Bleda S., Ortuño M., Gallego S. Optimization of photopolymer materials for the fabrication of a holographic waveguide // Polymers. 2017. V. 9. P. 395. https://doi.org/10.3390/polym9090395
  4. Bruder F.­K., Fäcke T., Rölle T. The chemistry and physics of Bayfol®HX film holographic polymers // Polymers. 2017. V. 9. P. 472. https://doi.org/10.3390/polym9100472
  5. Hui­Ying W., Chang­Won S., Ki­Chul K., Kwon­Yeon L., Nam K. Time­scheduled exposure method for full­color high diffraction efficiency and uniformity of a photopolymer // Optics and Laser Technol. 2022. V. 156. P. 108555. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108555
  6. Ferrara M., Striano V., Coppola G. Volume holographic optical elements as solar concentrators: An overview // Appl. Sci. 2019. V. 9. P. 193. https://doi.org/10.3390/app9010193
  7. Akbari H., Naydenova I., Ahmed H., McCormack S., Martin S. Development and testing of low spatial frequency holographic concentrator elements for collection of solar energy // Solar Energy. 2017. V. 155. P. 103–109. https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.04.067
  8. Marin­Saez J., Atencia J., Chemisana D., Collados M.V. Full modeling and experimental validation of cylindrical holographic lenses recorded in Bayfol HX photopolymer and partly operating in the transition regime for solar concentration // Opt. Exp. 2018. V. 26. P. 398–412. https://doi.org/10.1364/oe.26.00a398
  9. Lee J.­H., Wu H.­Y., Piao M.­L., Kim N. Holographic solar energy concentrator using angular multiplexed and iterative recording method // IEEE Photonics J. 2016. V. 8. P. 8400511. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2016.2634699
  10. Keshri S., Rogers B., Murphy K., Reynolds K., Naydenova I., Martin S. Development and testing of a dual­wavelength sensitive photopolymer layer for applications in stacking of HOE lenses // Appl. Sci. 2021. V. 11. P. 5564. http://doi.org/10.3390/app11125564
  11. Castro J.M., Zhang D., Myer B., Kostuk R.K. Energy collection efficiency of holographic planar solar concentrators // Appl. Opt. 2010. V. 49. P. 858–870. https://doi.org/10.1364/AO.49.000858
  12. Akbari H., Naydenova I., Martin S. Using acrylamide­based photopolymers for fabrication of holographic optical elements in solar energy applications // Appl. Opt. 2014. V. 53. P. 1343–1363. https://doi.org/10.1364/AO.53.001343
  13. de Jong T., de Boer D., Bastiaansen C. Surface­relief and polarization gratings for solar concentrators // Opt. Exp. 2011. V. 19. P. 15127–15143. https://doi.org/10.1364/OE.19.015127
  14. Xiang X., Kim J., Escuti M.J. Bragg polarization gratings for wide angular bandwidth and high efficiency at steep deflection angles // Sci. Rep. 2018. V. 8. P. 7202. https://doi.org/10.1038/s41598­018­25535­0
  15. Marín­Sáez J., Atencia J., Chemisana D., Collados M.­V. Characterization of volume holographic optical elements recorded in Bayfol HX photopolymer for solar photovoltaic applications // Opt. Exp. 2016. V. 24. P. 720–730. https://doi.org/10.1364/OE.24.00A720
  16. Keshri S., Marín­Sáez J., Naydenova I., Murphy K., Atencia J., Chemisana D., Garner S., Collados M.V., Martin S. Stacked volume holographic gratings for extending the operational wavelength range in LED and solar applications // Appl. Opt. 2020. V. 59. P. 2569–2579. https://doi.org/10.1364/AO.383577
  17. Vorzobova N., Sokolov P. Application of photopolymer materials in holographic technologies // Polymers. 2019. V. 11. P. 2020. https://doi.org/10.3390/polym11122020
  18. Vorzobova N., Sokolov P. Properties of holographic elements based on periodic structures in a wide range of angles of incidence // Photonics. 2021. V. 8. P. 562. https://doi.org/10.3390/photonics8120562
  19. Бурункова Ю.Э., Семина С.А., Капорский Л.Н., Левичев В.В. Наномодифицированные оптические акрилатные композиты // Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 10.
  20. Vorzobova N.D., Sokolov P.P., Veselov V.V., Schelkanova I.J. Holographic formation and diffractive properties of hybrid periodic structures // Appl. Opt. 2018. V. 57. P. 3323–3328. https://doi.org/10.1364/AO.57.003323
  21. Bjelkhagen H.I. Silver­halide recording materials for holography and their processing. Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 1995. 461 p.