Поляризационная анизотропия тонких твердотельных микроструктурированных пленок из азокрасителя AD-1 (1104467), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В конце приведен список цитируемой литературы, содержащий 140наименований. Полный объем диссертационной работы составляет 122 страниц,включая 60 рисунков и 1 таблицу.Личный вкладПриведенные в диссертации экспериментальные результаты получены принепосредственном участии автора.II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо Введении дано обоснование темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные направления исследований, показана актуальностьрассматриваемой проблемы в контексте ее научной и практической значимости,сформулированы основные положения, выносимые на защиту. Во Введенииприведена также структура диссертации и кратко изложено ее содержание поглавам.В первой главе диссертации приведен обзор литературы по основнымфотофизическим и фотохимическим свойствам азокрасителей, связанных снаведением оптической анизотропии под действием света.
Кроме однофотоннонаведенной анизотропии рассмотрены и немногочисленные работы, посвященные наведению анизотропии при двухфотонном возбуждении.Вторая глава диссертации посвящена экспериментальному исследованиюэффектов фотохромизма и фотоиндуцированной анизотропии (ФИА) при однофотонном поглощении в растворах и слоях на основе азокрасителя AD-1.§2.1 посвящен выбору объекта и методов экспериментальных исследований эффекта ФИА.Рис. 1.
Химическая формула азокрасителя AD-18Рис. 2. Схема установки: 1-источник возбуждающего излучения (лампа ДРШ-250); 2стеклянные светофильтры; 3, 6, 13 – ГланТомпсон поляризаторы; 4,7- светоделительные зеркала; 5-образец; 8-монохроматор; 9зондирующий источник излучения (He-Neлазер); 10- модулятор; 11-двигатель; 12термостат; 14, 15- детекторы; 16- усилитель; 17- регистрирующее устройство.В §2.2 рассмотрен эффект ФИА азокрасителя AD-1 в жидком растворителе и твердых полимерных растворах. Первоначально были проведены сравнительные исследования фотохромных свойств красителя в жидком растворе и вполимерной пленке.
Для более детального выяснения природы формированияфотоиндуцированной анизотропии в твердотельных слоях на основе азокрасителя AD-1, была исследована кинетика циклического наведения и темновойрелаксации фотоиндуцированного ДЛП этого красителя, растворенного в различных полимерных матрицах. На рис.3 приведены циклические кинетические9кривые наведения и темновой релаксации ДЛП в пленке из полистирола (ПС),при изготовлении которой в качестве растворителя использовался толуол.-2H546, Дж/см250123456789101112Рис. 3.
Кинетика циклического наведения(кр. 1-5) и темновой релаксации (кр. 1'-5')ДЛП в пленке ПС с азокрасителем AD-1(~0.5 вес, %, толщина слоя–15 мкм). Лампа- ДРШ-250; Длина волны активации – 546нм; Плотность мощности Р = 4,6 мВт/см².Длина волны зондирования – 632,8 нм.Температура – 21,5 °С.123451'2'3'4'5'2015δ632, градВ качестве объекта исследований был выбран азокраситель AD-1 (4,4'-бис(4-N,N-ди(n-бутил)аминофенилазо)бифенил), химическая формула которогоприведена на рис. 1.Первоначально он был синтезирован для использования в качестве дихроичного красителя в жидко-кристаллических дисплеях.
В отличие от большинства азокрасителей, AD-1 имеет две азогруппы, что указывает на его потенциальную долговременную фотостабильность. Действительно, пленки, изготовленные из этого азокрасителя, сохраняют свои характеристики в неупорядоченномсостоянии при комнатной температуре и естественном освещении более 20 лет.Что касается высокоупорядоченного состояния, то наблюдалось его сохранениев течение более 15 лет.В диссертационной работе были исследованы фотохромные и фотоанизотропные свойства образцов азокрасителя AD-1, растворенного в изотропномрастворителе (дихлорэтан) и в различных полимерных матрицах, а также в видетонких (доли микрон) аморфных слоев, полученных термическим напылениемв вакууме или методом центрифугирования.Описываются методики измерения дихроизма поглощения и двулучепреломления (ДЛП) при однофотонном возбуждении.
Также приведено описаниеэкспериментальной установки для измерения в реальном масштабе временикинетических зависимостей фотоиндуцированной анизотропии в твердых слоях(рис. 2).105002004006008001000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400время, секРассмотрен также фотоиндуцированный дихроизм в твердых полимерныхрастворах и циклическое наведения ФИА при оптическом и термическом стирании.§2.3 посвящен эффекту ФИА в тонких твердотельных микроструктурированных пленках из азокрасителя AD-1.
Для создания тонких твердотельныхмикроструктурированных пленок использовался метод центрифугирования.Полученные пленки имели полидоменную структуру, зависящую от природыиспользуемого растворителя. Пленки, полученные из хлороформа, дихлоэтана итолуола достаточно однородны, в то время как оптическое качество слоев,сформированных из гексафлуороизопропанола неудовлетворительное. Длядальнейших экспериментов использовались пленки, при изготовлении которыхв качестве растворителя использовался дихлорэтан. Как оказалось, исследованные тонкие твердотельные микроструктурированные пленки из азокрасителяAD-1 в исходном состоянии организованы в виде множества микроразмерныханизотропных молекулярных доменов, оптические оси которых имеют случайную ориентацию.
Следствием такой структурной организации является их достаточно сильное светорассеяние, в том числе в области прозрачности (более 600нм).Рис. 4. Установка для измерения анизотропии светорассеянияИзмерение анизотропии рассеяния осуществлялось по схеме, представленной на рис.4. В качестве измерительного источника излучения использовался He-Ne лазер с длиной волны 632,8 нм, лежащей вне области поглощения красителя AD-1.1050мощность, мкВ40Рис.
5. Зависимость мощности прошедшегобез рассеяния пучка He-Ne лазера от угла θмежду его поляризацией и направлением осианизотропии пленки3020100020406080100120140160Рис. 6. Схема экспериментальной установки:Ti:Sapphire – фемтосекундный Ti:Sapphire лазер,ЭОМ – электрооптический модулятор; λ/2 – пластинка λ/2; ПГ – призма Глана; Shutter – механический затвор; ШД – трехмерная подвижка сшаговыми двигателями; LED 1,2 – светодиодныематрицы, МП – матовая пластинка, CCD – CCDкамера.180угол, градНа рис. 5 приведена поляризационная диаграмма рассеяния пучка He-Neлазера, прошедшего образец пленки красителя AD-1 после его экспонированияне фильтрованным излучением лампы ДРШ-250 на длине волны 546нм. В результате облучения пленки поляризованным излучением наблюдается сильнаянаведенная поляризационная анизотропния рассеяния, причем максимальноерассеяние наблюдается для поляризации измерительного луча, прошедшегочерез облученную пленку, с поляризацией перпендикулярной поляризации активирующего излучения.Полученные результаты указывают на возникновение сильной анизотропии светорассеяния в облученных аморфных пленках азокрасителя AD-1.
Поаналогии с параметром дихроичного отношения Nпогл= D║/D┴, который характеризует дихроизм поглощения, можно ввести параметр поляризационной анизотропии рассеяния Nрасс как отношение интенсивностей пробного луча, прошедшего через пленку с двумя ортогональными поляризациями.
В соответствиис полученными экспериментальными данными эта величина составила ~ 100для исследуемых пленок.В конце этого параграфа дается краткое описание некоторых примененийазокрасителя AD-1 в полимерных пленках.В третьей главе представлены результаты исследования фотоориентациимолекул азокрасителя AD-1 в тонких твердотельных микроструктурированныхпленках из азокрасителя AD-1 при нелинейном поглощении фемтосекундныхлазерных импульсов.В §3.1 описана экспериментальная установка для исследования нелинейнооптических эффектов в тонких пленках с пространственным разрешением, ограниченным дифракционным пределом и методики измерений.
Схема установки представлена на рис. 6.11В §3.2 представлены экспериментальные результаты по наведенному дихроизму в микроструктурированных пленках из азокрасителя AD-1 при возбуждении последовательностью фемтосекундных импульсов. Для активации использовалось линейно поляризованное фемтосекундное (длительность импульсов ~ 60 фс, энергия ~ 0,6 нДж, частота повторения 80 МГц) излучение лазерана титанате сапфира с длиной волны 800 нм, сфокусированное на поверхностьпленки в пятно диаметром около 15 мкм.
Для зондирования использовалисьсветодиодные матрицы (длина волны 450-470 нм), снабженные пленочнымиполяроидами.Рис. 7. Фотографии поверхностиобразца, полученные после воздействия фемтосекундного излучения накачки.а) поляризации накачки и зондирования совпадают;б) поляризации накачки и зондирования ортогональны.После экспонирования образца в течение 1 мин. непрерывным излучением(50 мВт) никаких изменений оптических свойств пленки не наблюдалось.
Приоблучении пленки при тех же параметрах в фемтосекундном режиме, наблюдаются заметные анизотропные изменения ее оптических свойств (рис. 7. а,б).На рис.8. показан профиль изменения оптической плотности образцавблизи области воздействия. В центре пучка оптическая плотность для зондирующего излучения с перпендикулярной накачке поляризацией увеличилась на0,4 (соответствующее изменение интенсивности – в 2,5 раза), а с параллельной– уменьшилась на такую же величину.
Профили изменения оптической плотно12сти в вертикальном направлении (Y), показанные на рис. 8 получены путем построчного усреднения пространственного распределения изменения оптическойплотности в узкой вертикальной полоске, выделенной на фотографиях белымпрямоугольником.скорость просветления квадратично зависит от мощности записывающего излучения (рис. 10).Рис. 10.
Зависимость скорости просветлениятонкой твердотельной микроструктурированной пленки из азокрасителя AD-1 от средней мощности фемтосекундного излучениялазера на титанате сапфираРис. 8. Пространственные сечения измененийоптической плотности (∆D) образца.Субмикронные пленки из азокрасителя AD-1 показали высокую нелинейно-оптическую чувствительность. Облучение пленки фемтосекундным лазерным излучением с пиковой интенсивностью ~2 ГВт/см2 в течение одной минуты (полная плотность энергии ~800 кДж/см2) привело к сильному поляризационному дихроизму поглощения: дихроичное отношение составило ~ 5.Полученные изменения оптических плотностей для двух ортогональных поляризаций свидетельствуют о существенном вкладе в наблюдаемый дихроизмпространственной переориентации молекул, в отличие от селективного фотохимического обесцвечивания и ориентационного выжигания провалов, в основном наблюдаемых в предыдущих работах.Приводятся кинетики ориентации азокрасителя AD-1 в тонких твердотельных микроструктурированных пленках для ортогональных поляризацийзондирующего излучения (рис.9)Рис.
9. Типичная кинетика ориентации красителя AD-1 в аморфной пленке: кружки поляризация зондирующего излучения перпендикулярна поляризации активирующего излучения; треугольники - параллельнаОтсутствие изменений оптической плотности при воздействии излучениятого же лазера на титанате сапфира работающего в непрерывном режиме доказывает нелинейность наблюдаемого эффекта. Определенная из кинетическихкривых просветления для различных мощностей записывающего излучения13Таким образом, порядок нелинейности процесса ориентации равен двум.В конце параграфа приведены кинетики цикла двухфотонной ориентациии последующей переориентации микроструктурированных пленок из азокрасителя AD-1 полученные путем поворота плоскости поляризации активирующегоизлучения на 90ºВ §3.3 сообщается о регистрации, наряду с дихроизмом поглощения, эффекта возникновения поляризационной анизотропии рассеяния в тонких твердотельных микроструктурированных пленках из азокрасителя AD-1 при инициировании ориентации нелинейным поглощением поляризованного лазерногоизлучения.(а)(б)Рис.11.
Двухфотонно-индуцированная поляризационная анизотропия рассеяния. Поляризационнаядиаграмма, полученная в синем и красном свете (выколотые и закрашенные кружки соответственно), ориентированного состояния тонкой твердотельной пленки из азокрасителя AD-1 толщиной 230 нм: (а) NA=0.7, (б) NA=0.2Изменяя угол между поляризациями зондирующего излучения и накачки,было обнаружено, что исследуемая облучаемая область проявляет эффект возникновения поляризационной анизотропии рассеяния. Для регистрации этогоэффекта измерялась зависимость интенсивности зондирующего излучения,14проходящего через облучаемую область и затем собираемого микрообъективом,от угла между направлениями поляризаций накачки и зондирующего излучений.Соответствующие зависимости для двух микрообъективов с NA=0.7 и NA=0.2представлены на рис.11, из которых видно наличие поляризационного дихроизма на двух длинах волн.Как правило, в экспериментах с азокрасителями регистрируются два типаоптической анизотропии: дихроизм поглощения и двулучепреломления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
