Поляризационная анизотропия тонких твердотельных микроструктурированных пленок из азокрасителя AD-1 (1104467)
Текст из файла
Работа выполнена на физическом факультете Московского государственногоуниверситета им. М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:кандидат физико-математических наук,доцент Магницкий Сергей АлександровичНа правах рукописиОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,доцент Чикишев Андрей ЮрьевичЧЖУН Ен Соккандидат физико-математических наукИванов Анатолий АлександровичПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ АНИЗОТРОПИЯТОНКИХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХМИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПЛЕНОКИЗ АЗОКРАСИТЕЛЯ AD-1Ведущая организация:Институт химической физикиим. Н.Н. Семёнова РАНЗащита состоится «15» февраля 2007 года в 16:00 часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.31 при Московском государственном университетеим.
М.В. Ломоносова по адресу: 119992 ГСП-2 Москва, Ленинские горы, МГУ,Специальность 01.04.21 – лазерная физикаКорпус нелинейной оптики, аудитория им. С.А. Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМГУ им. М.В. Ломоносова.Автореферат разослан «___»_______________ 2007 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.31,Москва2006кандидат физ.-мат. наук, доцентТ.М. Ильинова2Явление фотоиндуцированной оптической анизотропии (линейный дихроизм и двулучепреломление) в твердых поглощающих средах, получившееназвание «пассивная фотоселекция» или «фотохимический эффект Вейгерта»,впервые было обнаружено Вейгертом в 1919 г.
в AgCl фотографических эмульсиях. Первоначально оно представляло интерес, в основном, как метод исследования механизмов и особенностей протекания разнообразных мономолекулярных фотохимических реакций в твердом теле.Фотоиндуцированная оптическая анизотропия (ФИА) обусловлена каканизотропной структурой молекул, входящих в состав этих сред, так и анизотропной природой (поперечностью колебаний электрического вектора) даженеполяризованного, но направленного оптического излучения.
Для реализацииФИА не требуется обязательной активной переориентации молекул, подвергшихся оптическому воздействию, как это имеет место, например, в прозрачныхжидких средах под воздействием мощных световых полей («эффектBuckingham» – оптический аналог эффекта Керра). ФИА может проявляться и вусловиях отсутствия или крайне ограниченной молекулярной трансляционной ивращательной подвижности.Возникновение ФИА обусловлено тем, что вероятность поглощения света ε анизотропной молекулой пропорциональна квадрату косинуса угла θ между направлениями вектора электрического поля оптического излучения E и еедипольного момента перехода µ на этой длине волны:ε = |Ε µ|2 ~ сos2θАнизотропные изменения оптических свойств твердотельной среды, подвергшейся такой фотоселекции, связаны с различными фотохимическими процессами, происходящими в возбужденном состоянии или при его безызлучательной дезактивации.
Оставшиеся исходные молекулы также дают свой вкладв совокупный эффект ФИА, причем направление их преимущественной ориентации лежит в плоскости, перпендикулярной E.Оптическая анизотропия, индуцированная светом, является широко распространенным явлением, о чем свидетельствует фундаментальная работа T.Kondo обнаружившего ФИА в 450 красителях из 1700 различных обследованных им органических соединений. Оно обнаружено в изотропных и анизотропных (кристаллических) средах органического и неорганического происхождения.В последние три десятилетия все возрастающий интерес к явлению ФИАв твердых телах связан с возможностью его практического использования вполяризационной голографии, оптической записи, хранения и обработки информации, а также в фототехнологии производства разнообразных поляризационно-оптических элементов и устройств.
Особенно возрос интерес к фотоанизотропным средам, проявляющим эффект ФИА, в связи с их использованием вкачестве фотоориентантов жидких кристаллов.Среди всех фотоанизотропных материалов особый интерес в последниегоды вызывают тонкие твердотельные пленки на основе низко- и высокомолекулярных азо производных. До сих пор наибольшее внимание уделялось твердотельным полимерным пленкам, содержащим молекулы азокрасителей, апленки, приготовленные из чистых азокрасителей, оставались вне интересабольшинства научных групп.Однако, в связи с возросшим интересом к нанофотонике, на наш взгляд,настало время взглянуть на оптические свойства таких объектов с большимвниманием.
В твердотельных пленках из чистого азокрасителя взаимодействиемежду одинаковыми молекулами играет важную роль в отличие от полимерныхсред, в которых взаимодействие между фоточувствительными элементами является слабым из-за малой концентрации, и носители в полимерах сами по себесоздают локальное окружение фоточувствительного элемента. Таким образом,процессы фотоориентации в твердотельных пленках, сделанных из низкомолекулярных азокрасителей, могут значительно отличаться от процессов, имеющихместо в полимерных средах, содержащих азокрасители. Нельзя не обратитьвнимание и на другую особенность тонких пленок на основе чистых азокрасителей – их явно выраженную доменную структуру.
Наиболее привлекательными перспективным, на наш взгляд, представляется поведение тонких твердотельных пленок азокрасителя, структура которых обладает размерами порядка нескольких сотен нанометров. В частности, если размер субмикронного доменапленки сравним с длиной волны в среде, то эффективно проявляются так называемые фотонные размерные эффекты.34I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫДиссертация посвящена экспериментальному исследованию свойств фотоиндуцированной оптической анизотропии азокрасителя AD-1 (4,4’-бис-(4-N,N-ди(nбутил)аминофенилазо)бифенил) в различных агрегатных состояниях. Особоевнимание уделено тонким твердотельным микроструктурированным пленкам,изготовленным из азокрасителя.Актуальность темыЕще одним аспектом интереса является нелинейность возбуждения молекулярной ориентации. В частности, исследования нелинейных эффектов ориентационного упорядочивания могут позволить получить новую информацию омеханизмах, которые ответственны за это явление.
Ориентация азокрасителейпри нелинейном поглощении является в настоящее время малоизученной областью, а число статей, посвященных этой тематике, исчисляется единицами. Нелинейная многофотонная ориентация имеет и самостоятельное прикладное значение, связанное с 3D нанофотоникой, например, с трехмерным наноструктурированием и 3-х мерной записью информации1.2.3.4.2.4.Обнаружен эффект поляризационно-анизотропного рассеяния в тонкихтвердотельных микроструктурированных пленках из азокрасителя AD-1,индуцированный нелинейным поглощением лазерного излучения.С помощью сканирующего оптического микроскопа ближнего поля показано, что наблюдающееся в тонких твердотельных микроструктурированных пленках из азокрасителя AD-1 сильное поляризационно зависимое наведенное рассеяние связано с субволновой пространственной локализацией проходящего лазерного пучка внутри субмикронных доменов, образующих структуру пленки.Цели и задачи диссертационной работыНаучная и практическая значимость работыЭкспериментальное исследование особенностей эффекта фотоиндуцированной оптической анизотропии азокрасителя AD-1 в растворе и твердотельной (полимерной) матрицеРазработка способов приготовления тонких микроструктурированныхтвердотельных пленок из азокрасителя AD-1 с размерами доменов порядкадлины волны и исследование их ориентационных свойств при однофотонном поглощении линейно-поляризованного некогерентного и лазерногоизлученийЭкспериментальное исследование ориентационных свойств тонких микроструктурированных твердотельных пленок из азокрасителя AD-1 при нелинейном возбуждении фемтосекундными лазерными импульсамиЭкспериментальное исследование ориентационных свойств тонких микроструктурированных твердотельных пленок из азокрасителя AD-1 с субволновым пространственным разрешением с помощью сканирующего оптического микроскопа ближнего поля (СОМБП)Результаты исследований, выполненных в диссертационной работе показывают, что различные варианты пленок, содержащих азокраситель AD-1, могут найти применение в различных областях прикладной поляризационной оптики, в частности, в качестве «поляризационно-чувствительной фотопленки»при исследовании напряжений в нагруженных прозрачных изделиях методомфотоупругости, в фототехнологии получения функциональных поляризационно- оптических элементов (дихроичных и анизотропно-рассеивающих поляризаторов, фазовых пластин) и для оптической обработки информации, в том числев качестве поляризационно-чувствительной среды для переписываемых средствоптической памяти с практически неограниченной реверсивностью цикла «запись-стирание-перезапись».Обнаруженные в работе эффекты ФИА в тонких твердотельных микроструктурированных пленках из чистого азокрасителя AD-1, индуцированныенелинейным поглощением фемтосекундных лазерных импульсов могут бытьиспользованы при разработке устройств трехмерной (3D) записи информации ипри создании трехмерных поляризационно активных оптических элементовнанофотоники.Научная новизна работы1.3.Показано, что проявление эффекта ФИА в тонких твердотельных микроструктурированных пленках из азокрасителя AD-1 связано не только с дихроизмом поглощения и двулучепреломлением, но и с сильным поляризационно зависимым наведенным рассеянием.Зарегистрирован эффект ФИА в тонких твердотельных микроструктурированных пленках из азокрасителя AD-1, индуцированный нелинейным поглощением лазерного излучения.5Основные положения, выносимые на защиту1.Тонкие микроструктурированные пленки из азокрасителя AD-1 толщинойот 100 до 300 нм, приготовленные методом центрифугирования при осаждении азокрасителя из растворителя (дихлорэтан, толуол, хлороформ) настеклянную подложку, состоят из анизотропных доменов с характернымипоперечными размерами от 100 нм до 2 мкм.62.3.4.5.Проявление эффекта ФИА в тонких твердотельных микроструктурированных пленках из азокрасителя AD-1 связано не только с дихроизмом поглощения и двулучепреломлением, но и с сильным поляризационно зависимым наведенным рассеянием.После однофотонной ориентации твердотельные микроструктурированныепленки из азокрасителя AD-1 приобретают свойства высокоэффективногополяризатора, действие которого основано на резкой зависимости величины рассеяния от поляризации проходящего лазерного излучения.
Изменение мощности прошедшей без рассеяния части излучения Не-Nе лазераможет отличаться в 100 раз для ортогональных поляризаций.Эффект ФИА в тонких твердотельных микроструктурированных пленкахиз азокрасителя AD-1 может быть индуцирован при облучении непрерывной последовательностью фемтосекундных лазерных импульсов (средняямощность - 50 мВт, длина волны - 800 нм, длительность импульсов ~ 60 фс,частота следования - 80 МГц), сфокусированного в область диаметром~ 15 мкм (пиковая интенсивность ~ 2 ГВт/см2) в течение 1 мин путемдвухфотонного поглощения.Зарегистрированный эффект сильного поляризационно зависимого наведенного рассеяния в тонких твердотельных микроструктурированныхпленках из азокрасителя AD-1 связан с субволновой пространственной локализацией проходящего лазерного пучка внутри субмикронных доменов,образующих структуру пленки.Апробация работыПо материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 2 статьи в журналах: Квантовая электроника (2006) и Laser Physics Letters (2006); 2статьи в трудах “The First Scientific Workshop-Presentation «Optical Micro-andNanotechnologies (OMaN-1)»” (2002); Препринт физического факультета МГУ(2006); Тезисы “11th International Laser Physics Workshop «LPHYS’02»” (2002).Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: 11th International Laser Physics Workshop «LPHYS’02»(Bratislava, Slovakia, 2002); The First Scientific Workshop-Presentation «OpticalMicro-and Nanotechnologies (OMaN-1)» (St.-Petersburg, Russia, 2002); 4-я Всероссийская Школа-Симпозиум «Динамика и структура в химии и биологии»7(Москва, Россия, 2006); Frontiers in Optics - 90th OSA Annual Meeting (New York,USA, 2006)Структура и объем диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
