Динамика поляризационно-оптической записи в пленках азосодержащих полимеров (1102860), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Выделяя вклады транс- и цис- изомеров, а такженейтральных молекул, динамика показателя преломления тонкого слоя полимерапринимает следующий вид:112πn∫ [n (t, Ω) − n (0, Ω)](Sˆ2π∆n ||,f ⊥ (t ) =n∫ [ f (t , Ω) − f (0, Ω)](Sˆ||, ⊥∆nind(t ) =t−1tΩt2παˆ t Sˆ ) zz , xx dΩ +αˆ c N c + ∆n ||,f ⊥n−1t(2)αˆ f Sˆ)zz , xx dΩ||⊥и ∆nindсоответствуют случаям параллельных и ортогональныхздесь величины ∆nindнаправлений линейной-поляризации пробного и воздействующего пучков. В выражениях(2) введены следующие обозначения: αˆ t ,αˆ c и α̂ f - тензоры поляризуемостей трансизомеров,цис-изомеровазокрасителяинефоточувствительныхфрагментовсоответственно; Ŝ - матрица поворота, ( Sˆ −1αˆ t Sˆ ) zz = α t cos 2 θ , ( Sˆ −1αˆ t Sˆ ) xx = α t sin 2 θ sin 2 ϕ ;n - средний показатель преломления полимера.
Аналогичным образом находятсявыражения для коэффициентов поглощения.Уравнения (1) и (2) совместно с начальными условиями представляют собойзамкнутую систему, описывающую динамику изменения показателя преломления тонкойпленки азосодержащего полимера с нематическими свойствами при воздействииэллиптически-поляризованного света с учетом влияния нефотохромной полимернойматрицы. Полученная система позволяет в рамках единой динамической задачи описатьпроцессы фотоориентации молекул азополимера как на стадии оптической записиинформации, так и на этапе ее долговременного хранения.Втораяглавадиссертациипосвященаэкспериментальномуисследованиюэффектов светоиндуцированного двулучепреломления и дихроизма, наводимых ваморфном азосодержащем полимере линейно-поляризованным светом.
На основанииполученныхрезультатоввычисляютсяэффективныезначениямолекулярныхгиперполяризуемостей изомеров азокрасителей в рассматриваемой полимерной матрице.Проводится сравнение экспериментальных данных с результатами аналитического ичисленного расчетов. Анализ области применимости разработанной теоретическоймодели и метода получения приближенных аналитических выражений для оптическиххарактеристик полимера позволил с приемлемой точностью описать экспериментальныезависимости.В разделах 2.1, 2.2 приведено описание экспериментальной установки и методикиизмерениядинамикисветоиндуцированнойдобавкикпоказателюпреломленияполимерной пленки при воздействии линейно-поляризованного света.
Установкапредставляет собой интерферометр Маха-Цендера в одно из плеч которого вводилась12ячейка с исследуемым полимерным образцом. Приведенные в работе экспериментальныерезультаты были получены с использованием пленок (толщиныL = 15 и 50 мкм)полиметакрилового сополимера гребнеобразного строения Polymer-11, содержащего 60мол. % оксицианоазобензольных фрагментов в боковых звеньях макромолекулы. Врезультате воздействия света (длинны волны λ = 532 нм), возникает локальное изменениепоказателя преломления среды. В плече интерферометра содержащем образец появляетсядополнительный фазовый набег (пробной волны λ = 633 нм), что приводит к сдвигуинтерференционных полос на выходе.
Используя специальные алгоритмы обработкиинтерферограмм, по смещению полос можно восстановить динамику измененияпоказателя преломления полимера.В разделах 2.3-2.5 приводятся результаты экспериментального исследованияэффектов светоиндуцированного двулучепреломления и дихроизма. По измереннойдинамики показателя преломления и коэффициента поглощения полимерной пленки,привлекая разработанную в главе 1 теоретическую модель процессов фотоориентации,были определены эффективные значения гиперполяризуемостей изомеров азокрасителейв заданной полимерной матрице.
Соответствующие значения поляризуемостей и сеченийпоглощенияизомеров,измеренныепритемпературеT = 50 0составили:α t ≅ (1.5 ± 0.1) ⋅ 10 −23 ед.СГСЕ, α c ≅ (4.5 ± 0.3) ⋅ 10 −24 ед.СГСЕ и σ t ≅ (2.8 ± 0.2) ⋅ 10 −18 см2,σ c ≅ (3.1 ± 0.2) ⋅ 10 −18 см2. В проведенных расчетах использовались соотношения (2)справедливые для тонкого слоя полимера.
Для распространения полученных выраженийна случай толстых пленок брались эффективные значения интенсивности светаI эф ≈ 0.632 I 0 и толщины воздействия Lэф ≈ β 0−1 (где β 0 - коэффициент поглощения).Полученная в главе 1 система динамических уравнений (1) не допускает точногоаналитического решения, поэтому приходится пользоваться приближенными методамиили численной схемой. Для сравнения экспериментальных данных с теоретическимирезультатами в работе были реализованы оба способа.
Приближенное аналитическоерешение исходной системы осуществлялось с помощью разложения искомой функции вряд по а) степеням времени t и б) присоединенным функциям Лежандра. Первый подходоказывается эффективен при анализе начальной стадии светового воздействия (линейногоучастка зависимости ∆n(t ) ) и использовался при расчете эффективных значенийгиперполяризуемостей азокрасителя. Второй подход позволяет с приемлемой точностьюполучить решение справедливое как на линейном участке, так и в насыщении. В общем13случае, количество членов разложения необходимое для достижения заданной точностианалитического решения определяется как свойствами полимера так и характеристикамивоздействующегосвета.Проведенныйчисленныйанализпоказывает,чтодлякачественного анализа динамики оптических характеристик исследуемого полимерадостаточноограничитсячленамидовторогопорядка,адлядостаточноудовлетворительной аппроксимации экспериментального результата до четвертогопорядка включительно.а.б.0.009P0.006∆n⊥275200∆βind, 1/см∆nind(t)P225эксп.P2числ.0.000∆β ⊥эксп.числ.2500.003-0.003-0.006-0.009175150125100∆β ||75-0.012S∆n||50-0.015-0.018300S2500306090 120 150 180 210 240 2700Время, t (сек)510 15 20 25 30 35 40 45 50 55Время, t(сек)Рис.1 Динамика светоиндуцированной добавки к а) показателю преломления ∆n ind (t ) , б) коэффициентупоглощения ∆β ind (t ) .
На графиках: точки – экспериментальные данные ( I ≈ 210 мВт/см2 ( λ = 0.532 мкм),температура образца T = 50 0 ); сплошная линия - результат численного расчета; пунктирная линия –аналитическое решение при ограничении 2 полиномами Лежандра.Результатэкспериментальногоизмерениядинамики∆nind (t )и∆β ind (t )представлен на рис.1, также на графиках нанесен результат аналитического и численногорасчетов. Приведенные на графике две ветви зависимости соответствуют случаямпараллельных ( S - волна) и ортогональных ( P - волна) направлений линейнойполяризации воздействующего и пробного излучения.
В ходе фотоизомеризационныхтранс-циспереходовизугловогораспределениятранс-изомероввыбывают(“выжигаются”) преимущественно азокрасители, ориентированные вдоль направленияполяризации воздействующего света. В результате обратной цис-транс фотореакции итерморелаксации, транс-изомеры перераспределяются по углам.
Это приводит куменьшению концентрации транс- изомеров, ориентированных вдоль направленияполяризации воздействующего света, и следовательно к уменьшению показателяпреломления. Одновременно с этим происходит увеличение количества транс-изомеров в14⊥перпендикулярных направлениях, в результате чего ∆nind> 0 . Как видно из графиков,теоретический результат удовлетворительно аппроксимирует экспериментальные данные.По полученным зависимостям на основе разработанной теоретической модели проведенаоценка величины коэффициента вращательной диффузии транс- изомера азокрасителяDt ~ 10 −3 рад2/с.В разделе 2.8 проводится детальное теоретическое исследование процессоврелаксации наведенной в полимерном образце оптической анизотропии.
Полученыаналитические зависимости показателя преломления пленки полимера от времени привоздействии света и соответствующая данному случаю динамика параметра порядка,характеризующая степень деформации полимерной матрицы.В третьей главе диссертации представлены экспериментальные результаты поисследованию голографических характеристик пленочных образцов азосодержащихполимеров. Эксперименты осуществлялись с использованием полимерных пленокразличной толщины и концентрации азокрасителей. Используя полученные данные, былиопределены оптимальные режимы и осуществлена многоканальная голографическаязаписьсмультиплексированиемпоуглу.Поляризационнаячувствительностьазосодержащих сред позволила осуществить запись поляризационных голограмм приразличных типах поляризации воздействующих пучков.
В ходе экспериментов былобнаружен эффект наведения в аморфном образце светоиндуцированной “хиральности”,образующейся при воздействии на полимер двух циркулярно-поляризованных волн.Рассмотреныособенностиголографическойзаписивпленкеазосодержащегохолестерического сополимера.Вразделе3.1приводитсяописаниеэкспериментальнойустановкидляисследования голографических характеристик полимерных пленок, схема которойизображена на рис.2.
Запись голограмм осуществлялась излучением непрерывногоYAG:Nd лазера с внутрирезонаторным удвоением частоты на длине волны λ = 532 нм.Одновременное считывание светом He-Ne лазера ( λ = 633 нм) в режиме реальноговременипозволилопроанализироватьдинамикудифракционнойэффективностиформируемой в образце голограммы, как на этапе ее записи, так и при последующейрелаксации. Была предусмотрена возможность изменять поляризацию записывающих исчитывающего пучков (возможные поляризации: линейная, правая и левая циркулярная),что дает возможность исследовать свойства поляризационных голографических решетоквсех возможных типов.1512YAG:Ndλ=532 нм345687λ/4(λ=532nm)ЭВМλ/4(λ=532nm)1113полимернаяпленка14блокуправления1215910λ=633 нмλ/4(λ=633nm)Рис.2 Экспериментальная установка для записи поляризационных голограмм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
