头盔显示器明胶全息图的汽相硬化处理

　　1前言

　　近年来，全息光学元件在军事、民用工业中的应用越来越广，可用于平视显示器、头盔显示器、激光扫描器和光纤扫描器等.它的主要优点是衍射效率高，透射性好，重量轻，生产加工成本低.图1是全息光学元件中人射光的分布情况.图2是全息光学元件在飞机平视显示器中的实际应用。

　　所谓全息光学元件，实际上是用记录材料对由两束相干光产生的干涉场进行曝光而形成的.它通常是用明胶感光材料记录的点光源全息图.由于明胶是一层薄膜，故难以单独使用，只能粘附在一种硬质基材上.根据使用要求，这种基材通常是透明的，因此也可以说全息光学元件是全息图和光学透镜的组合。

　　在全息光学元件的制作过程中，只有将记录材料、曝光过程和处理工艺安排合理得当，才能获得预期的性能要求.从目前国内外的技术发展现状来看，采用的记录材料有重铬酸盐，重氮化合物、卤化银、漂白照相乳胶和光聚合物等.根据有关文献和大量的试验结果表明，采用重铬酸盐明胶制作的全息图可获得很高的衍射效率和空间分辨率，且散射损失较少，因此能够满足当前对全息光学元件提出的设计要求.表I是几种记录材料的性能比较.

　　2汽相硬化处理的优点

　　近两年来，为了提高明胶全息图的抗湿气的高热腐蚀的能力，国外对显形和脱水后的重铬酸明胶全息图提出了用醛蒸汽和水蒸汽进行汽相硬化处理的新方法.

　　这种汽相硬化处理方法的优点，一是可以克服常规硬化处理时造成的因明胶膨胀不足而影响衍射效率的问题.众所周知，硬化处理的目的在于既能获得耐湿气和高热腐蚀的硬层明胶，同时又能保持较高的衍射效率(可高达的%以上，而常规方法只有80%).采用上述汽相处理就能精确地监控明胶的衍射效率和硬化程度;二是采用醛蒸汽和水蒸汽的汽相处理方法。可以通过对全息图衍射效率的监测，控制全息图四周醛蒸汽和大气湿度的含量以及处理时间的长短，达到获得全息图精确衍射效率和带宽的目的。而且它还可用来修正全息图厚度的不均匀性、平衡或调谐过曝光及过显影全息图的衍射效率和带宽值。

　　此外，过去在对显形后的明胶进行硬化处理之前，一般要添加硬化剂，以防止明胶被洗掉，但新方法可以少加或者根本不加硬化剂.

　　3汽相处理的方法与装置

　　全息图在用新的汽相硬化处理之前，和常规方法一样，需在用异丙醇脱水后进行干燥处理.一般来说，全息图的干燥温度为1加℃，干燥时间为1小时到1个月.

　　汽相处理全息图所用的醛可以是甲醛、乙醛、丙醛或丁醛.但普遍认为甲醛蒸汽效果较好.汽相处理过程中，全息图四周的醛蒸汽浓度最好介于体积的5%~20%之间，以8%为最佳.气体中的水汽含量应当充足，相对湿度需保持在ro%~30%的范围内，最好取20%.汽相处理全息图的温度以及处理过程中醛一水蒸汽的温度最好保持在20~25℃。全息图在上述醛一水蒸汽环境中的处理时间，可随预期的硬度及衍射效率的不同而有所改变。一般情况下，曝露5~30min就足够了.在处理过程中，如果能准确地监测全息图的衍射效率，就能精确地调谐和控制其硬化过程.