激光模壓彩虹全息圖的制作原理及工藝

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1、激光模壓彩虹全息圖的制作原理及工藝葛宏偉裴敏許蕾?gòu)堈厝?武漢華工圖像股份有限公司)摘要闡述了激光模壓彩虹全息圖的制作原理及工藝,敘述了制作模壓彩虹全息圖的三個(gè)主要過(guò)程,即激光攝制原版全息圖、電鑄成型制金屬模板及全息圖的模壓復(fù)制.提出了制作模壓彩虹全息圖的技術(shù)關(guān)鍵,如原版全息圖的拍攝與處理方法,光刻膠全息圖的拍攝與處理方法等,并對(duì)這些技術(shù)關(guān)鍵進(jìn)行了闡述.關(guān)鍵詞激光全息;模壓彩虹全息圖;激光技術(shù)分類號(hào)TB877.11948年,英國(guó)科學(xué)家D.Gabor發(fā)明了全息術(shù),它能夠記錄和再現(xiàn)物體的三維信息,是傳統(tǒng)照相技術(shù)的一次質(zhì)的飛躍,引起了人們的廣泛關(guān)注.隨著激光

2、的出現(xiàn),從60年代起,全息照相得到了很快的發(fā)展.70年代Benton提出彩虹全息術(shù),用激光記錄,白光再現(xiàn),使人們?cè)谄胀ǖ陌谉牍庀履芸吹轿宀世_紛、立體感很強(qiáng)的彩虹全息圖.80年代誕生了模壓彩虹全息圖,使全息技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,并成為當(dāng)今應(yīng)用研究的活躍領(lǐng)域.在制作模壓彩虹全息圖時(shí),引入空間頻率編碼技術(shù)和加密技術(shù),使其具有防偽性能;再加上模壓全息圖的制作技術(shù)難度很大,因此,模壓全息圖已成為當(dāng)今各國(guó)公認(rèn)的一種有效的防偽手段.從80年代中期起模壓全息圖大量進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng),在貨幣、證券,商品防偽標(biāo)志,促銷、包裝、出版、廣告等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用.近

3、年來(lái),我國(guó)的激光全息產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快,為社會(huì)提供了大量的激光全息防偽產(chǎn)品,對(duì)打假防偽起到了很好的作用,收到了顯著的社會(huì)效益.I(x,y)∝1O(x,y)12=1A0(x,y)expjΥ(x,y)]12=A2()()0x,y,1由公式(1)知底片只記錄了光強(qiáng),而把包含在Υ(x,y)的位相因子丟失了.因此普通的照片僅是一張二維光強(qiáng)分布的平面圖像,而不反映物體的位相信息,沒(méi)有立體感.如果能在照像時(shí)加入一束參考光,就能把位相信息轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)分布的變化,這樣既可記錄振幅信息,又能記錄位相信息,這就是全息照相技術(shù).全息照相術(shù)可分為兩步:第一步記錄(存儲(chǔ))物體信息;第二

4、步再現(xiàn)物體圖像.1.1信息記錄(存儲(chǔ))2信息記錄即全息照相過(guò)程.圖1為全息照相光路.由激光器發(fā)出的激光被分光鏡B分為兩束,一束為物光,另一束為參考光.物光經(jīng)反射鏡M1和擴(kuò)束鏡L1照射到物體上,由物體表面反射和散射,將激光照射在全息記錄底片H上.另一束參考光則由M2反射和L2擴(kuò)束后,也照射在H1全息照相原理1一張普通的乳膠底片只能記錄光波的振幅(光強(qiáng))信息而不能記錄位相信息,而光波包含振幅和位相兩部分,可表示為O(x,y)=A0(x,y)expjΥ(x,y),式中,A0(x,y)為振幅分布;exp[jΥ(x,y)]為位相分布,底片經(jīng)沖洗處理后,其光強(qiáng)透

5、過(guò)率正比于1O(x,y)12,即圖1全息照相光路收稿日期:1997203225.葛宏偉,男,1966年生,高級(jí)工程師;武漢華工圖像股份有限公司(430074).華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)1997年58上.這樣,由同一單色光源發(fā)出的兩束光同時(shí)照射到底片H上,根據(jù)光學(xué)干涉原理,在H的感光面上形成一個(gè)干涉場(chǎng),此干涉場(chǎng)就記錄了物體的振幅和位相信息.型制金屬模板及模壓復(fù)制.2.1激光攝制原版全息圖3記錄原版全息圖即用光致抗蝕劑板(光刻膠版)作為記錄介質(zhì)攝制浮雕型白光再現(xiàn)全息圖,這是整個(gè)模壓技術(shù)最重要的工序之一,它關(guān)系到電成型的成敗和模壓全息圖的質(zhì)量.一般有以下幾種記錄方

6、法:a.兩步記錄法.第一步,首先用銀鹽全息干板記錄物體的菲涅爾全息圖,即利用激光與光學(xué)元件將從物體漫反射來(lái)的激光與另一束參考光在全息干板處干涉.曝光后經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)的暗室處理即成為全息圖.為增大模壓全息圖的視場(chǎng),應(yīng)盡量增大主全息圖的面積.由于是銀鹽全息干板,激光可使用氦氖激光器.第二步,在主全息圖后加狹縫.用氬離子激光器或氦鎘激光器發(fā)出的激光,經(jīng)準(zhǔn)直后沿原參考光的共軛方面照明主全息圖,在贗實(shí)像的位置放置光刻膠板進(jìn)行記錄,經(jīng)顯影處理后,就得到一張浮雕型的白光重現(xiàn)彩虹全息圖,這就是模壓全息圖制作工序中最原始的母全息圖.為了說(shuō)明干涉場(chǎng)的記錄原理,設(shè)O(x,y)為物

7、光光波,R(x,y)為參考光光波,且令O(x,y)=AO(x,y)expjΥ(x,y);R(x,y)=AR(x,y)expjΥ(x,y),則干涉場(chǎng)復(fù)振幅分布UH(x,y)=O(x,y)+R(x,y),而光強(qiáng)分布IH(x,y)∝1O(x,y)+R(x,y)12=A2O(x,y)+AR(x,y)+22AOARcos[Υ(x,y)-?(x,y),式中,第一項(xiàng)A2x,y為物光強(qiáng)度,在底片上形O()成物光分布;第二項(xiàng)A2x,y為參考光強(qiáng)度,在底片上形成均勻背景;第三項(xiàng)為兩束光的相干項(xiàng),R()顯然,此項(xiàng)已記錄了物體位相信息,它是由干涉場(chǎng)的光強(qiáng)分布的變化而記錄下來(lái)

8、的,而且這種分布是余弦分布,也就是說(shuō)在干涉場(chǎng)內(nèi)形成了隨余弦變化的干涉條紋,正是這些干涉條紋記錄了物光的位相信