Динамика поляризационно-оптической записи в пленках азосодержащих полимеров

На правах рукописиУДК 621.373УРАЕВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧДИНАМИКА ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЗАПИСИВ ПЛЕНКАХ АЗОСОДЕРЖАЩИХ ПОЛИМЕРОВСпециальность 01.04.21 – лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМОСКВА - 2005Работа выполнена на кафедре общей физики и волновых процессов физическогофакультета Московского государственного университета им. М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорШмальгаузен Виктор ИвановичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессорАракелян Сергей Мартиросовичдоктор физико-математических наук, профессорКиселев Дмитрий ФедоровичИнститут элементоорганических соединенийВедущая организация:имени А.Н.

Несмеянова РАН (ИНЭОС)Защита состоится «___» июня 2005 года в 15 часов на заседании диссертационногосоветаД 501.001.31вМосковскомгосударственномуниверситетеим. М.В. Ломоносова по адресу: 119992 ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУим. М.В. Ломоносова, ул. Академика Хохлова, д.1, Корпус нелинейной оптики,аудитория им.

С.А. АхмановаС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУАвтореферат разослан «20» мая 2005 годаУченый секретарь диссертационногосовета Д 501.001.31, доцентТ.М. Ильинова2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемыС развитием информационных технологий становится актуальным вопрос о болееэффективных и выгодных способах реализации устройств обработки информации. Однимиз перспективных направлений развития является переход к полностью оптическимметодам обработки и хранения данных.

В ряде случаев такие подходы оказываютсянамного эффективнее других известных средств. Практическая реализация оптическихинформационных систем требует развития новой элементной базы: оптическихуправляемых элементов и узлов, составляющих завершенные устройства.Голографические методы обработки и хранения данных относятся к числунаиболее привлекательных и простых для практического исполнения. Теоретическиеосновы оптической обработки информации с привлечением средств голографии хорошоразвиты и обоснованы в литературе. Среди важных достоинств голографических методовследуетособоподчеркнутьвозможностьаналоговойзаписиивосстановленияизображений (с сохранением уровней градации “серого”), а также относительнуюпростоту аналоговой реализации ряда математических операций над изображениями.Значительный интерес к голографической записи в последнее время связан как споявлением новых, так и с развитием технологии производства ранее известныхвысокочувствительных регистрирующих сред.

Современные голографические материалыобладают небольшими временами оптического отклика (миллисекундный диапазон) ипозволяют производить эффективную оптическую запись с использованием непрерывныхлазерных пучков милливаттного и субмилливаттного диапазонов мощности.Одним из современных направлений исследований, посвященных поиску новыхтипов регистрирующих материалов для задач динамической голографии, являетсяизучение фоточувствительных реверсивных сред органического строения.

Большинствоновых материалов этого класса являются смесевыми или полимерными композициямифункциональных фрагментов, таких как: красители, сенсибилизаторы, мезогенныегруппы, которые определяют оптические характеристики соединения в целом. Такиесреды представляют собой смесевые композиции или чистые полимеры (сополимеры),приготовленные в виде твердых пленочных образцов либо жидких растворов.Экспериментальное исследование свойств уже известных соединений и на основанииполученных данных синтез новых материалов, представляют собой весьма гибкий и3эффективныйподходдляполученияновыхсред,обладающихнаилучшимиголографическими характеристиками.Органические материалы, содержащие в качестве фоточувствительных фрагментоврастворенные или химически присоединенные азокрасители относятся к одним изнаиболее перспективных сред для задач динамической голографии, высокоплотной записии долговременного хранения информации.

Азосодержащие соединения отличаютсябольшим пространственным разрешением, высокой чувствительностью и стойкостью кмногократно повторяющимся воздействиям. В диссертационной работе осуществляетсяисследование голографических характеристик пленок аморфных и холестерическихазополимеров (синтезированных на химическом факультете МГУ в лабораториипрофессора В.П. Шибаева) при различных внешних условиях и режимах голографическойзаписи.Основной чертой азосодержащих материалов является их поляризационнаячувствительность. Характер возникающих в среде фотоориентационных процессовключевым образом определяется состоянием поляризации воздействующего света.

Врезультате светового воздействия изменяется угловое распределение молекул входящих всоставтакогосоединения,светоиндуцированногочтоприводитдвулучепреломленияиквозникновениюдихроизма.эффектовОгромныйинтереспредставляет использование сред подобного строения в поляризационной голографии.При голографической записи свойства формируемых в среде голограмм существеннозависят от состояния поляризации записывающих пучков. Характер дифракциисчитывающей волны на записанной анизотропной решетке также определяется егополяризацией.

Свойство поляризационной чувствительности азосодержащих полимеров(АП) приводит к возникновению ряда эффектов, не свойственных другим типамрегистрирующих сред. Особого внимания среди них заслуживает возможностьоптическогонаведенияваморфныхазополимерахгеликоидальныхструктур(светоиндуцированной “хиральности”), возникающих при воздействии циркулярнополяризованных пучков.Последнее время в литературе появилось большое количество работ, посвященныхразвитию теоретических моделей светоиндуцированных процессов в азополимерах.Несмотря на большое число публикаций по рассматриваемой тематике, теоретическиеподходыкописаниюпроцессовфотоориентацииазохромофороввсоставефоточувствительного полимера остаются недостаточно развитыми.

Как правило авторы неучитывают взаимодействие фотохромной и нейтральной молекулярных групп, что4является основным недостатком существующих моделей. Однако, входящие в составсополимера азокрасители и нефоточувствительные фрагменты, как правило, обладаютбольшим дипольным моментом, и пренебрегать межмолекулярным взаимодействием припостроении теоретической модели оказывается нельзя. В диссертационной работепредлагается модель процессов фотоориентации молекул азосодержащего полимера привоздействии эллиптически-поляризованного света с учетом влияния нефотохромнойполимерной матрицы.Цели работы1.Построитьтеоретическуюмодель,описывающуюдинамикупоказателяпреломления и коэффициента поглощения азосодержащего полимера привоздействии эллиптически-поляризованного света с учетом взаимодействияфотохромной и нейтральной молекулярных групп. Предложить методикуполучения приближенных аналитических решений динамических уравнениймодели с целью качественного анализа процессов голографической записи в пленкеазосодержашего полимера.2.Экспериментальноисследоватьэффектысветоиндуцированногодвулучепреломления и дихроизма, возникающие в азополимерах при воздействиилинейно-поляризованного света.

На основе экспериментальных данных определитьэффективныеазокрасителя.значенияПровестимолекулярныхгиперполяризуемостейсравнениеполученныхизомеровтеоретическихиэкспериментальных результатов.3.Исследоватьголографическиехарактеристикипленочныхобразцовазосодержащего полимера и их зависимости от внешних условий (температуры),параметров образца (толщины пленки, коэффициента поглощения) и режимовголографической записи.4.Предложить методику и исследовать особенности поляризационной записи исвойстваполяризационныхголограммвхолестерическихазосодержащихсоединениях, в том числе и в средах с оптически наведенной “хиральностью”. Наоснове предложенной теоретической модели предложить интерпретацию эффектафотоиндуцированной“хиральности”,наводимойваморфныхобразцахазополимеров при интерференции двух циркулярно-поляризованных пучков.5Научная новизна1.Предложена модель фотоориентации молекул азосодержащего полимера с ЖКсвойствами эллиптически-поляризованным светом.

В модели впервые были учтеныэффекты взаимодействия хромофоров с нефоточувствительной полимернойматрицей путем введения двух скалярных параметров порядка, описывающихизменение степени упорядоченности нейтральных молекул полимера в результатефотоориентационных процессов в подсистеме азокрасителей.2.Проведенанализаналитическихоптическихприменимостивыражений,свойствметодикиописывающихполимерногообразцаполученияприближенныхсветоиндуцированноевзависимостиотизменениепараметроввоздействующего света и свойств среды.3.Предложенаметодикагиперполяризуемостейопределения(сеченийэффективныхпоглощенияизначениймолекулярныхполяризуемостей)изомеровазокрасителя в полимерной матрице.