ГОЛОГРАММЫ С ГАРАНТИРОВАННОЙ ТОЧНОСТЬЮ
А.Полещук, заведующий лабораторией
лазерных технологий ИАиЭ СО
РАН,
кандидат технических наук.
Сегодня уже ясно, что оптика будущего будет во многом основана на
применении компьютерно-синтезированных голограмм. Однако методы
их изготовления весьма сложны и пока недостаточно разработаны.
Именно этим уже много лет занимается лаборатория лазерных
технологий Института автоматики и электрометрии СО РАН.
В свое время полупроводники произвели революцию в
радиоэлектронике. Создание транзисторов, а затем микросхем
привело к появлению новых отраслей промышленности и в корне
изменило нашу жизнь.
В настоящее время похожая ситуация складывается в оптике. Основу
классической оптики составляют линзы, призмы, зеркала. Эти
элементы уже давно достигли пределов совершенства. Дальнейшее
развитие оптики связывают с широким практическим применением
компьютерно-синтезированных голограмм, которые представляют собой
тонкие стеклянные пластинки, одна из сторон которых имеет рельеф
с поперечными размерами и глубиной в доли микрона. Форма рельефа
поверхности рассчитывается с помощью компьютера. Такие голограммы
могут заменять сложные объективы, преобразовывать, по заданному
закону, лазерное излучение, формировать изображения объектов,
рассчитанных компьютером (это называют виртуальной реальностью).
Использование таких плоских оптических элементов в оптике
открывает перспективу создания дешевых, легких, компактных и
функционально сложных оптических приборов. Диапазон применения
компьютерных голограмм очень широк -- от искусственных
хрусталиков глаза человека и радужных изображений до оптических
суперкомпьютеров и оптики космических телескопов. Сейчас уже
можно сказать, что оптика будущего будет во многом основана на их
использовании.
Однако до последнего времени потенциальные возможности
компьютерно-синтезированных голограмм сдерживались отсутствием
методов изготовления поверхностного рельефа. Фирма Intel, вложив
сотни миллионов долларов в развитие микротехнологий, создала
процессор Pentium-II с минимальными размерами проводников в
четверть микрона. Структура поверхности голограммы имеет
минимальные размеры около половины микрона, но общие размеры
могут достигать десятков сантиметров в диаметре, что во много раз
больше размеров кристалла микросхемы. Кроме того, рельеф
голограммы имеет очень сложную форму. Поэтому методы изготовления
компьютерно-синтезированных голограмм сильно отличаются от
методов изготовления микросхем и значительно сложнее.
Разработка методов изготовления синтезированных голограмм уже
много лет ведется в лаборатории лазерных технологий Института
автоматики и электрометрии СО РАН (ИАиЭ). Известно, что лазерное
излучение можно сфокусировать в пятно с размером меньше длины
волны света и получить в нем гигантскую плотность мощности --
тысячи мегаватт на квадратный сантиметр. Расположенное в фокусе
вещество может быть практически мгновенно нагрето до температуры
в несколько тысяч градусов. При таких быстрых перепадах
температур, многие вещества ведут себя иначе. Управляя от
компьютера перемещением лазерного пятна и мощностью лазерного
излучения, можно придать поверхности некоторых материалов
требуемые свойства и форму. Эти принципы и были положены в основу
прецизионного лазерного фотопостроителя, созданного в
лаборатории. О его технических характеристиках кратко можно
сказать так: при записи голограммы ошибка координаты структуры в
десятую долю микрона на поле в 300 мм считается браком.
Первый вариант лазерного фотопостроителя (значительно менее
точного, чем сейчас) для синтеза плоской оптики был создан в
лаборатории в начале 80-х годов и сразу был внедрен на нескольких
предприятиях страны. С его помощью изготавливались уникальные
дифракционные элементы и оптические угловые шкалы. Оригинал
первого в России магнитооптического диска был также записан на
нашем фотопостроителе. Новый фотопостроитель с уникальными
характеристиками был сдан в эксплуатацию в начале 90-х. Но страна
была уже "другая" и высокие технологии ей стали не нужны. Наш
институт и Конструкторско-технологический Институт научного
приборостроения СО РАН на основе старого задела совместно создали
коммерческую версию лазерного фотопостроителя, несколько образцов
которого продали фирмам и научным центрам Италии и Германии. Эти
устройства работают там успешно до сих пор.
Уже несколько лет лаборатория поддерживает научные контакты с
Стюардовской обсерваторией Аризонского университета, США. В этой
обсерватории сооружаются самые большие в мире телескопы, с
параболическими зеркалами диаметром от 6,5 до 8,4 м и начинают
работать над проектом гигантского космического телескопа нового
поколения (NGST), который будет запущен на орбиту между Землей и
Марсом в начале следующего века. Оказалось, что изготовить
гигантское зеркало мало, надо его тщательно проверить. Иначе
огромный труд будет потерян (такие зеркала изготавливаются по
несколько лет). Поверхность многометрового зеркала телескопа
должна быть выполнена с точностью в сотые доли микрона. Другими
словами, если увеличить зеркало до размеров Черного моря, волны
на поверхности должны быть менее 1 мм. Проверить зеркало можно
только с помощью компьютерно-синтезированных голограмм. Методику
проверки гигантских зеркал разработали американские ученые.
Однако изготовить такие голограммы с гарантированной точностью
оказалось можно только у нас. После долгих экспериментов нам
удалось разработать метод записи компьютерных голограмм --
диаметром более 200 мм и шириной колец менее 0.6 мкм. Надеемся
также принять участие и в проекте NGST. Мы очень сожалеем, что
наши работы в этой области не поддерживаются сейчас в России. Но
кризис, рано или поздно закончится, а доживет ли лаборатория до
его конца -- неясно.
Другое, "земное" направление наших работ -- создание
искусственного двухфокусного хрусталика глаза человека на основе
компьютерно-синтезированной голограммы. Дело в том, что после
операции удаления хрусталика пораженного катарактой, новый,
искусственный хрусталик, не позволял человеку аккомодировать
(фокусировать) глаз на дальние и ближние предметы. Эту задачу
решает новый двухфокусный искусственный хрусталик глаза,
разработанный в нашей лаборатории совместно с Новосибирским
филиалом МНТК "микрохирургия глаза". Двухфокусный хрусталик
расширяет глубину зрения и позволяет человеку после операции
избавиться от очков. На очереди стоит создание принципиально
нового, полностью голографического хрусталика в виде тонкой
пластинки, который бы позволил принципиально упростить операцию
на глазе, сделать ее менее болезненной и более успешной. Но эту
работу на одном энтузиазме нам не выполнить. Здесь мы надеемся на
сотрудничество с Новосибирским приборостроительным заводом и
помощь Администрации области.
Недавно, чтобы быть ближе к реальной жизни, мы попытались
применить наши технологии для изготовления синтезированных
радужных голограмм -- это всем известные наклейки, марки, значки
-- и получили первые результаты. Но и здесь работа сразу уперлась
в отсутствие даже минимальных средств.
Наши работы лежат на стыке фундаментальных и прикладных
исследований. На Западе это называют "High Tech" -- высокие
технологии. Но парадокс в том, что эти работы сейчас в России
никем не финансируются. Чисто фундаментальные исследования
поддерживаются (хотя и весьма скудно) Российским фондом
фундаментальных исследований. Чисто прикладные, с быстрой отдачей
-- оставшимися в живых предприятиями по контрактам. Что делать
нам?
На снимках:
-- зав.лабораторией к.т.н. А.Полещук и н.с. В.Черкашин
рассматривают фотошаблон дифракционного элемента;
-- ст.н.с. Ю.Стусь за работой с лазерным гравиметром;
-- подготовка лазерного фотопостроителя к работе по изготовлению
дифракционных элементов;
-- ст.н.с. А.Седухин за работой по рассмотрению
результатов расчета дифракционных элементов.
стр.
| 
