Почему голограмму (ещё раз о нанотехнологиях)

Голограмму всё чаще используют для маркировки продукции и документов в целях борьбы с фальсификациями. Её потребительские характеристики уникальны. Она красива, долговечна, может быть изготовлена на базе материалов с различными свойствами. Это продукт высоких технологий, по праву относящийся к активно развивающимся нанотехнологиям. Однако далеко не все использующие в своей деятельности голограмму отчётливо понимают, что она надёжно защищает от подделок, помогает вести бизнес, что подделать её практически невозможно, а процесс изготовления идёт в субмикрометровом диапазоне.

Цель публикации — просто и доступно рассказать о надёжности голограмм и продемонстрировать изображение двумерного профиля и трёхмерного рельефа голографических структур (на фото), впервые полученных с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ).

Обычно голограммы изготавливают с помощью технологии прокатки, когда рельефный рисунок формируется на тонкой полимерной плёнке, одна из сторон которой металлизирована. Рисунок образован пространственно распределёнными в заданном порядке элементами в виде прямоугольников или иных фигур простой конфигурации с размерами порядка десятков миллиметров.

Эти элементы — миниатюрные дифракционные решётки на основе регулярных рельефных структур, которые, как и их обычные аналоги, характеризуются периодом и формой профиля. К дифракционным решёткам, применяемым в оптических приборах и имеющим существенно большие размеры, выдвигаются более жёсткие требования к оптическим свойствам, которые зависят от регулярности расположения и формы профиля канавок, формирующих рельеф.

Отработка технологии изготовления голограмм проводится на основе сопоставления характеристик рельефа. Его параметры (ширина, глубина, форма профиля, геометрические размеры элементов и др.) определяют с помощью специальных приборов,
в т. ч. РЭМ. Регулярность решётки контролируется по снимкам канавок на поверхности, а форма профиля — на поперечном срезе.

При исследовании структуры решёток плёночных голограмм с использованием РЭМ предполагалось, что на них могут быть обнаружены дефектные элементы или локальные включения, которые приводят к ухудшению функциональных оптических характеристик изделия. Значительную проблему представляло формирование гладкого поперечного среза, сделать который на слоистой структуре из мягкого материала путём механической обработки затруднительно.

Современная техника подготовки образцов предусматривает использование для этого установки с ионным пучком, что не всегда доступно. Нами был выбран иной способ визуализации профиля, не применимый для массивных объектов. Его удалось реализовать на образце голографической металлизированной плёнки размером 4,5´9 мм, где были сформированы решётки (шириной около 20 мкм) в виде смежных чередующихся полос с взаимно перпендикулярной ориентацией канавок.

Учитывая, что направление полос и сторон прямоугольника, в пределах которого они находятся, совпадают, фрагмент плёнки можно было согнуть и сложить так, что на линии перегиба или кромке часть канавок оказалась в ракурсе, позволяющем получить изображение их профиля. Металлизированная поверхность была снаружи и контактировала с держателем объектов, что обеспечило отвод заряда при наблюдении в РЭМ. В результате, перемещая образец только в своей плоскости и без его переустановки, удалось получить изображения канавок в плане и их профиля при большом увеличении, необходимом для детального изучения.

Об авторе: Валентина Магницкая (bh@holo.ru), к. т. н., доцент, директор московского представительства компании BH-Bohemia Holografie.