Ю.Н.Денисюк и дифракционные решётки

Создание голограммных дифракционных решеток непосредственно связано с именем Ю.Н.Денисюка. Он уже в своих первых работах по голографии отмечал перспективность использования голографической методики для изготовления таких решеток.

Голографический способ изготовления дифракционных решеток при сравнении с механическим способом их нарезки ни только существенно снижает трудоемкость самого процесса, но также заметно улучшает их оптические характеристики (уменьшает светорассеяние, исключает появление ложных линий в спектре, повышает разрешение) . Это связано с тем, что процесс получения голограммных решеток осуществляется в интерферометре, где формируются световые пучки от когерентного источника излучения. Эти пучки интерферируя создают на поверхности получаемой решетки практически бездефектную структуру штрихов, с формой профиля близкой к синусоиде. Поэтому, в отличие от нарезных решеток, голограммные решетки характеризуются низким уровнем рассеянного света, отсутствием в спектре ложных линий, высоким разрешением.

Для создания техпроцесса изготовления голограммных дифракционных решеток необходимо специальное интерферометрическое оборудование и высококогерентные источники излучения, а также особые светочувствительные материалы. При непосредственном участии Ю.Н.Денисюка в ГОИ им. С.И.Вавилова разрабатывается голографическое оборудование, сначала в виде экспериментальных установок, а затем с привлечением промышленных предприятий серийное оборудование. Одновременно с этим по ТЗ лаборатории Ю.Н.Денисюка созданы первые отечественные лазеры для голографии.

Особое внимание было уделено поиску и разработке новых светочувствительных материалов. Для получения голограммных дифракционных решеток требуются материалы, способные после регистрации интерференционной структуры и последующей обработки материала создавать рельефное изображение зарегистрированной структуры. В наибольшей степени этому требованию удовлетворяли органические фоторезисты, которые использовались в фотолитографии и микроэлектронной промышленности. Были опробованы различные типы органических фоторезистов. Однако эти фоторезисты характеризовлись очень низкой светочувствительностью в видимой области спектра. Привлеченные к этой проблеме специалисты из НИОПИК создали по ТЗ лаборатории Ю.Н.Денисюка фоторезист чувствителный к излучению лазера в синей области спектра. На этом фоторезисте были изготовлены первые промышленные образцы голограммных дифракционных решеток, которые нашли применение в различных спектральных приборах.

Дальнейшее развитие техпроцесса изготовления дифракционных решеток голографическим способом стало возможным при использовании в качестве светочувствительного материала неорганического фоторезиста на основе халькогенидных стекол. Их основное преимущество при сравнении с органическим фоторезистом в том, что светочувствительные пленки неорганического фоторезиста наносятся на подложки решеток методом термического испарения стекла в вакууме. Этот метод существенно упрощает процесс получения качественных пленок с минимальным количеством дефектов и позволяет получать светочувствительные слои на подложках с любой формой и кривизной поверхности. Совместно со специалистами из НИХИ ЛГУ создан состав неорганического фоторезиста и разработан техпроцесс получения голограммных дифракционных решеток на этом фоторезисте..

С 90-х годов работа по усовершенствованию технологии изготовления решеток была продолжена на научно -производственном предприятии ХолоГрэйт, созданным при прямом участии сотрудников лаборатории Ю.Н.Денисюка На этом предприятии доработан состав материала и создано всё необходимое оборудование для производства различных типов. голограммных дифракционных решеток.

Основные типы голограммных дифракционных решеток, которые производятся в настоящее время на предприятии:

- плоские, вогнутые и выпуклые отражательные решётки с постоянным шагом штрихов;

- вогнутые решётки с коррекцией аберраций;

- решётки для лазеров, в том числе для компрессии лазерных импульсов;

- меры малой длины для метрологических измерений;

- дифракционные оптические элементы.

Ниже перечислены основные параметры изготовляемых решеток:

- размер заштрихованной поверхности до 380 х 220 мм²;

- частота штрихов от 100 л/мм до 3600 л/мм;

- относительное отверстие для вогнутых решёток с постоянным шагом штрихов до 1:1;

- относительное отверстие для вогнутых решёток с коррекцией аберраций до 1:2,5;

- спектральный диапазон от 1 нм до 7000 нм;

- разрешающая способность по отношению к теоретическому значению не менее 0,9;

- дифракционная эффективность эффективность на длине волны блеска для неполяризованного излучения более 70 %;

- дифракционная эффективность на длине волны блеска для поляризованного излучения более 90 %;

- относительная интенсивность рассеянного света на расстоянии 1 нм от спектральной линии менее 5 ×10 -7.

В последнее время широкое распространение получили голограммные дифракционные решетки для систем формирования и компрессии лазерных импульсов в ИК диапазоне спектра. К этим решеткам предъявляются повышенные требования как к дифракционной эффективности так и к лучевой стойкости. Высокий коэффициент отражения и лучевая стойкость решетки обеспечивается при использовании отражающего покрытия из золота. Наиболее высокие значения достигаются при использовании метода нанесении золотого покрытия с более плотной упаковкой атомов металла. Этот метод успешно использовался для получения дифракционных решеток размером до 380 × 240 мм с эффективностью более 90% и стойких к импульсному излучению лазера с плотностью энергии не менее 1 дж/см² при длительности импульса 1 нс.

Дальнейшее увеличение лучевой стойкости решеток представляется возможным при использовании многослойных диэлектрических покрытий, стойких к лазерному излучению по аналогии с диэлектрическими зеркалами. Исследования, которые были проведены в этом направлении показали перспективность данного выбора, и на изготовленных экспериментальных образцах многослойных диэлектрических решеток достигнута лучевая стойкость не менее 5 дж/см².

Инициированное и развитое под руководством Ю.Н.Денисюка направление по созданию голограммных дифракционных решеток создало все предпосылки для того, чтобы наши отечественные разработки были на передовых позициях в мире и это несомненно является его заслугой.