Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
Полимерные фоторегистрирующие материалы являются в настоящее время предметом интенсивных исследований в силу их расширяющегося применения в различных фототехнологиях (оптическая запись информации, изготовление элементов голографической, дифракционной и полноводной оптики, фотолитография и др.). Признанным приоритетом пользуются материалы, обеспечивающие регистрацию световых полей в виде фазовых рельефов, т.е. вариаций показателя преломления или толщины. Наиболее известные и исследованные среди них («реоксан», дихромировашгая желатина, различные фотополимеризующиеся композиции, позитивные фоторезисты) наряду с несомненными достоинствами (широкая область спектральной чувствительности, высокое разрешение, возможность записи с усилением) обладают недостаточной стабильностью состава и структуры при хранении и в процессе эксплуатации записанных изображений. Это вызывает необходимость расширения крута перспективных фоторегистри-рующих материалов с основой в виде синтетических вьгеокополимеров, обладающих необходимой устойчивостью к внешним воздействиям. Этому препятствует, в частности, недостаточная полнота представлений о закономерностях фотопреобразования физической структури и связанных с ней оптических свойств таких материалов. Известно, что фотоструктурные процессы, развивающиеся в антраценеодержащих полимерных материалах, сообщают им такие ценные свойства, как способность формировать оптическим излучением рельефы проявления, термоактивируемые поверхностные фоторельефы, а также усиливающиеся фазовые голограммы. Исследования в рамках темы диссертационной работы служат решению как общих для оптики фоторегистриругощнх сред задач (повышение разрешающей способности материалов, выявление универсальных механизмов формирования оптического отклика на световое воздействие), так и углублению представлений о процессах оптической записи для конкретного типа материалов - полимерных сред, содержащих фотодимеризующиеся производные антрацена.
Связь работы с крупными научными программами, темами
Основные исследования, результаты которых вошли в диссертацию, проводились на кафедре физической оптики физического факультета Бел-госуниверситета при выполнении НИР, входящих в программу Минобразования Беларуси "Фотон БГУ" и программу АНБ "Фотон" (1996-2000 г .г.), Республиканскую научно-техническую программу «Информатика» (1997-
1998 гл.), внутриуниверситетскую исследовательскую программу «Синергетика» (1991-1995г.г.), а также при выполнении НИР, финансируемых Фондом фундаментальных исследований Республики Беларусь (1996-1997 г.г. и 1999-2001 г.г.)
Цель и задачи исследования
Цель настоящей работы - экспериментальное выявление закономерностей и построение моделей процессов, определяющих формирование фазовых оптических изображений при фотодимеризации производных антрацена в полимерном слое.
R задачи работы входит:
провести экспериментальное исследование и моделирование динамики дифракционной эффективности топографических фазовых решеток в полимерных средах с фотодшиеризующиАшея производными антрацена в присутствии подвижных фотонейтральных примесных молекул при различных температурах;
экспериментально исследовать формирование периодических поверхностных фоторельефов при терморелаксации созданных фотодимеризацией дефектов структуры полимерных стекол;
определить основные факторы, ограничивающие разрешающую способность поверхностных фоторельефов и пути ее повышения;
исследовать люминесцентные и фотохимические свойства фотосши-вающихся полимеров с антраценовыми группами в боковой цепи в присутствии фотопревращаюшихся акцепторов энергии электронного возбуждения;
провести моделирование и экспериментальное исследование фотогеле-образования в антраценсодержащих полимерах с тушителями возбужденных состояний, испытывающими фотосенсибилизированные превращения.
Объект и предмет исследования
Объектом исследования диссертационной работы являются полимерные слои, содержащие димеризующиеся производные антрацена и некоторые другие добавки, в процессе их взаимодействия с оптическим излучением. Предмет исследований - формирование фазовых рельефов в таких слоях в результате фотодимеризации и термолиза производных антрацена (в том числе и в условиях безызлучательного переноса энергии) и вызываемых ими структурных изменений полимера.
Методология и методы проведения исследования
В работе использована методология физической оптики. Экспериментальные результаты получены топографическими, интерференционными, спектрально-люминесцентными и волноводными методами. При про-
ведении модельных расчетов использовались стандартные методы численного интегрирования и решения нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений.
Научная новизна и значимость получениих результатов Впервые получены следующие результаты:
экспериментально исследована запись динамических фазовых голограмм в полимерных слоях с фотодимеризующимися производными антрацена и подвижными примесными молекулами при высокой концентрации фотодимеров и в условиях их термолиза;
модель динамических фазовых голограмм в антраценсодержащих полимерных слоях расширена на случай конечного времени жизни фото-иидуцироваиных структурных дефектов вследствие термолиза фотодимеров и их диффузионного сближения;
экспериментально изучены частотные зависимости периодических фоторельефов на поверхности полимерных слоев с различной температурой стеклования и установлены закономерности их развития в процессе термического отжига;
построена модель фотогелеобразования в слоях антраценсодержащих сополимеров с фотоокиеляемыми акцепторами энергии электронного возбуждения, демонстрирующая возможность увеличения контрастности рельефов проявления и осуществлена ее экспериментальная проверка.
Практическая значимость полученных результатов
Можно выделить следующие практические приложении полученных результатов:
модель фазовой топографической динамической записи в условиях фотоиндуцировзнной диффузии вместе с использованными в экспериментах материалами создают основу для разработки новых сред для прямой записи фазовых голограмм и обработки голографических изображений;
результаты исследования термоактивируемого пространственно-периодического рельефообразования могут быть использованы при создании сред для записи рельефных и рельефно-фазовых голограмм, разработке малооперационных технологий формирования полимерных элементов дифракционной и волноводной оптики;
построенная модель формирования характеристических кривых фотосшиваемых полимеров с добавленными акцепторами энергии элек-троЬного возбуждения, а также использованные низкомолекулярные добавки, повышающие контрастность, позволяют улучшать параметры фото-
сшиваемых полимеров при их использовании в голої рафических и фотолитографических технологиях.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту,
-
Модель динамической фазовой голографичеекой решетки в полимерной среде с фотодимеризующимися производными антрацена, учитывающая обратимый захват фотонейтральных примесных молекул в условиях фотогенерации и термораспада фотодимеров.
-
Механизм усиления объемных фазовых решеток в антраценсо-держащем полимерном стекле без инверсии фазового контраста.
-
Совокупность факторов, ограничивающих разрешающую способность релаксационных фоторельефов на поверхности антраценсодержащих полимерных слоев, и способ повышения разрешения путем замедления деформации слоя при термолизе фотодимеров,
-
Закономерности трансформации разрешающей способности периодических поверхностных фоторельефов при отжиге вблизи и выше температуры стеклования материала, включающие переход от дилатации к течению и возрастание влияния диффузии низкомолекулярных компонентов.
-
Способ управления скоростью фотогелеобразования в фотосши-васмых антраценсодержащих сополимерах добавкой акцепторов энергии электронного возбуждения, испытывающих фотосенсибилизированные превращения.
-
Применение фотоокисляющихся полициклических соединений (тетрацен, бромтетрацен) в сочетании с поглотителями синглетного кислорода для повышения контрастности характеристических кривых фотосши-ваемых антраценсодержащих полимеров.
Личный вклад соискателя
Основные результаты, вошедшие в диссертационную работу, получены автором самостоятельно и в соавторстве с научным руководителем.
Апробация результатов диссертации
Результаты исследований, включенных в диссертацию, докладывались на II Международном симпозиуме «Физические принципы и методы оптической обработки информации» (г, Гродно, 1993 г.), конференции молодых ученых БГУ, посвященной 50-летию освобождения Беларуси от немецко-фашистских захватчиков (і-. Минск, 1994 г.), 1-й школе-семинаре «Основы синергетики» (г. Минск, 1994 г.), пяти международных конференциях, проводимых SPIE: «Optical Memory and Neural Networks» (г. Москва, 1994 г, и 1997 г.), «Optical Recording, Storage and Retrieval Systems» (Китай, г. Пекин, 1996 г.), «Photorefractive Materials» (Китай, г. Пекин, 1996 г.), «Optical Recording Mechanisms and Media» (г. Москва, 1997 г.), Ill между-
народной конференции но лазерной физике и спектроскопии (г. 1 родію 1997 г.).
Опубликованность результатов
Основные результаты, вошедшие в диссертационную работу, опубликованы в 8 статьях в научных журналах и 4 тезисах докладов. Общее количество страниц опубликованных материалов - 62.
Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, общей характеристики, пяти глав, заключения. Полный объем работы составляет 128 страниц, в том числе 37 рисунков, 2 таблицы и список литературы, включающий 112 источников.
