Содержание к диссертации
Введение
1 Фоторефракция в фуллерен-содержащих полимерных ком позициях 16
1.1 Об исследуемых материалах 19
1.2 Исследование эффекта самовоздействия световой волны в слое нелинейной среды 21
1.3 Измерение величины нелинейности методом z-сканирования 25
1.4 Исследование эффекта двухволиового взаимодействия 29
1.5 Исследование эффекта четырехволиового взаимодействия 34
1.6 О динамике формирования нелинейности 37
1.7 Спектральные измерения 44
1.8 Обсуждение механизма нелинейности 46
2 Фоторефракция в хинон-содержащих полимерных композициях 54
2.1 Об исследуемых материалах 55
2.2 Исследование эффекта самовоздействия световой волны и определение коэффициентов нелинейности хинон-содержащих сред 58
2.3 Обсуждение механизма нелинейности 61
3 Электрооптика в иовых органических материалах 65
3.1 Об исследуемых материалах 67
3.2 О теории электрооптического эффекта 69
3.3 Эксперимент и его результаты 70
Выводы 77
- Исследование эффекта самовоздействия световой волны в слое нелинейной среды
- Обсуждение механизма нелинейности
- Исследование эффекта самовоздействия световой волны и определение коэффициентов нелинейности хинон-содержащих сред
- О теории электрооптического эффекта
Введение к работе
Проблема увеличения объема и скорости передаваемой и обрабатываемой информации чрезвычайно актуальна для современного общества. Потоки данных, а также их скорость, увеличиваются с каждым днем, в связи с чем коммуникационные системы становятся более эффективными и одновременно с этим более сложными, требующими все более качественных и быстродействующих устройств, осуществляющих обработку, передачу и хранение информации. Электронные технологии, используемые в этих целях, постепенно перестают отвечать высоким запросам современного общества в силу ограниченной скорости, с которой осуществляется включение и модуляция сигнала.
В связи с указанной проблемой все большую привлекательность получаст идея использования оптических технологий для создания коммуникационных устройств. Преимущества и перспективность оптической обработки информации бесспорны, и фотонные технологии в настоящее время занимают все более прочные позиции в жизни современного человека. Бурное развитие получила промежуточная между электроникой и оптикой область - оптоэлектроника. Примеры успешно используемых оитоэлектронных устройств известны каждому: волоконно-оптические линии связи, обеспечивающие возможность передачи данных со скоростью, превышающей терабит в секунду; стираемые компактные диски, а также носители на основе оптической голографической памяти, способные хранить сотни гигабайт информации; фотовальтаические устройства; электрохромные полимерные и жидкокристаллические дисплеи; сверхбыстрые оптические переключатели и многое другое. По-видимому, делом совсем недалекого будущего станет создание квантового компьютера.
В свете всего вышесказанного становится очевидным тот факт, что при создании того или иного фотонного устройства важнейшую роль играет выбор материала, на основе которого оно создается. Именно свойствами активной среды определяются параметры нового устройства: быстродействие, зависящее от характерных времен возбуждения и релаксации атомов среды; эффективность, определяемая чувствительностью вещества к внешним воздействиям, являющейся, в свою очередь, особенностью строения его молекулы; удобство и долговечность, связанные с механическими характеристиками материалов. Очевидно, что поиск сред, обладающих свойствами, подходящими для целей оптической обработки информации, становится одной из самых приоритетных задач современной нелинейной оптики. Появляется необходимость создать такой материал, который обладал бы достаточной величиной оптической нелинейности, поскольку именно нелинейные квантовые эффекты, как правило, представляют интерес с точки зрения возможности широкого использования в оптоэлектронных системах. Другими словами, чем более ярко выражены нелинейно-оптические свойства конкретного вещества, тем более велика вероятность, что оно найдет применение в реальном устройстве, работа которого основана, например, на самоканалироваиии светового пучка [1], энергообмене между двумя и более световыми каналами [2], генерации высших гармоник [3] или обращении фронта волны [4]. Неважно, для какой цели будет использована та или иная среда; главное, что световой пучок сравнительно небольшой (субмилливаттной) мощности, распространяясь в среде, должен индуцировать значительное изменение ее параметров, которые, в свою очередь, оказывают влияние на оптические поля.
Помимо требований, накладываемых на величину оптической нелинейности, материалы, претендующие на право быть использованными в реальных фотонных устройствах, должны удовлетворять целому ряду критериев, среди которых высокое оптическое качество (низкий уровень рассеяния и поглощения), механическая прочность, устойчивость к внешним воздействиям, долгий срок службы, легкость получения и обработки, сравнительно низкая стоимость. С учетом всех требований задача разработки и исследования новых нелинейных материалов для нужд оптической обработки информации поистине становится сложной и комплексной, привлекающей усилия специалистов целого ряда областей: радиофизики, квантовой оптики, электродинамики, химии, материаловедения.
С того момента, как исследователей начала интересовать проблема поиска эффективных нелинейно-оптических материалов для целей оптической обработки информации, большой прогресс был сделан в этом направлении, начало которого было положено исследованием свойств оптических неорганических кристаллов [5]. На их основе был создан і (,елый ряд приборов [6]- [14], многие из которых широко используются по сей день, что объясняется отличными оптическими качествами кристаллов в совокупности с высокими константами их нелинейной и электрооптической восприимчивостей. Однако неорганические кристаллы обладают одним существенным недостатком, заключающимся в трудоемкости их выращивания и обработки, а также в их механической хрупкости и чувствительности к внешним воздействиям. Данный факт либо сильно ограничивает практическое применение кристаллов, либо делает его дорогостоящим.
Для решения указанной проблемы уже в начале 1970-х годов возникает идея использования органики в тех целях, в которых до этого момента "монополия" принадлежала неорганическим кристаллам. С обнаружения более эффективной, чем у ниобата лития, генерации второй гармоники в порошках 5-нитроурацила [12] началось зарождение молекулярной инженерии, направленной на конструирование нелинейно-оптических органических материалов и базирующейся на связи требуемых свойств (среди которых высокие константы нелинейности, механическая прочность, устойчивость к воздействиям окружающей среды, способность образовывать тонкие пленки и пр.) с их структурой. Широкие возможности варьирования последней путем химического синтеза делают органические соединения идеально подходящими для подобного конструирования, целью которого становится возможность удовлетворения определенным требованиям для конкретных применений (см., например, [13]- [19]).
Уже вскоре исследователям становится очевидно, что органика может стать вполне перспективным кандидатом для создания всевозможных нелинейно-оптических устройств на ее основе [20]. Она может предложить не только высокие константы нелинейной и электрооптической восприимчивостей в широкой полосе частот, но также и большой диапазон времен откликов (от фемтосекунд до минут); устойчивость к оптическому пробою; широкую полосу прозрачности; низкие потери па рассеяние и поглощение; легкость получения и обработки; устойчивость но отношению к внешним воздействиям, таким как радиация, удар или нагревание; относительно низкую стоимость. Из органического материала можно сформировать тонкую или толстую пленку, объемный кристалл, жидкий или твердый раствор, слоистую пленочную структуру, оптические свойства которой менялись бы от слоя к слою, поверхность практически любой сложности с высоким оптическим качеством, множество различных композиционных сред и многие другие объекты для исследования и дальнейшего применения в оптических устройствах [21].
Рамки данной работы слишком ограничены, чтобы перечислить все новые перспективные органические материалы, сиптезированные для нужд нелинейной оптики, так же как и все оптоэлектронные устройства на их основе, созданные за прошедшие 30 лет. Указанная область науки пережила за этот промежуток времени колоссальный подъем, поэтому затронуть каждое из ее достижений в настоящем обзоре не представляется возможным. Перечислим лишь некоторые их множества работ, посвященных проблеме изучения свойств новой органики и использования их для оптической обработки информации [22]- [35]. На основе этих материалов созданы фотовольтаические устройства [36]- [37], электрооптические модуляторы [38]- [39], сверхбыстрые оптические переключатели [40], элементы голографической памяти [41], оптические волноводы [42]- [46], быстродействующие ограничители видимого диапазона [47].
Несмотря на оптимизм, внушаемый широким рядом преимуществ, присущих органическим нелинейно-оптическим материалам, синтезируемая в настоящее время органика не обладает всеми (и даже большей частью) из перечисленных выше характеристик. Зачастую поглощение и рассеяние перспективных, на первый взгляд, сред не удается снизить до желаемого уровня; вовсе несовместимыми требованиями являются высокая нелинейность и сверхкороткое время отклика; проблема деградации органики - старения - вообще не представляется полностью разрешимой. На сегодняшний день не создано еще то вещество, которое совмещало бы в себе абсолютно все преимущества, присущие органике как классу. Однако вполне решаемой является задача создания некоего оптимального образца, который сочетал бы в себе именно те качества, которым требуется удовлетворить для того или иного приложения. Сегодня эта задача стоит перед множеством исследовательских групп мира.
Настоящая работа посвящена, главным образом, электродинамическому аспекту указанной комплексной проблемы: распространению электромагнитной волны в подобных нелинейно-оптических средах, взаимодействию света с веществом, физическим причинам, приводящим к нелинейной или электрооптической восприимчивостям. При этом работа проводилась в условиях тесного сотрудничества с ведущими нижегородскими коллективами химиков, а также специалистами химического факультета МГУ, предоставившими уникальнейшие и новейшие соединения и комплексы, синтезированные специально для данного исследования на основании знаний и представлений о том, какую структуру должна иметь молекула вещества, обладающего неординарными оптическими свойствами. В результате совместных усилий химиков и оптиков объектом настоящего исследования стал целый ряд перспективных с точки зрения практического использования органических композиций. Благодаря этому указанная задача изучения свойств новых материалов приобретает не только фундаментальный, но и прикладной интерес.
Целью диссертационной работы является выявление особенностей и закономерностей нелинейной и электрооптической восприимчи-востей новых органических соединений и композиционных сред, созданных с учетом корреляции оптических свойств молекулы с ее строением, а также объяснение физической природы и механизма реализующейся нелинейности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
Определить с помощью простейших оптических экспериментов состав нелинейной композиции, а также оптимальное процентное соотношение ее компонентов, обеспечивающие приемлемый уровень рассеяния и поглощения в образце при сохранении нелинейности. Установить зависимость оптических характеристик среды от вида и объемного содержания в ней каждой из составных частей. Из множества полученных композиций отобрать образцы с хорошим оптическим качеством и наивысшей нелинейной либо электрооптической восприимчивостями.
Посредством ряда экспериментальных методов протестировать опти- ческую нелинейность каждого из указанных материалов, анализируя ее величину и знак: динамику формирования и релаксации, а также влияние на эту динамику механических свойств образца, внешнего электрического поля, светового поля волны; обратимость во времени; устойчивость к деградации.
Установить возможность управления свойствами среды световым и постоянным электрическим полями, для чего исследовать явления самовоздействия светового пучка в образце, взаимодействия двух и четырех волн в среде с нелинейностью, а также наведенного двулучепреломле-ния. Проанализировать перспективы применения исследуемых веществ в реальных оптических устройствах.
Объяснить физическую причину нелинейности, подробно описать ее механизм.
Научная новизна результатов работы:
Впервые исследованы нелинейно-оптические свойства органической композиции, состоящей из электропроводящего полимера поливинилкар-базола (поли(Э-винилкарбазола)), пластификатора и фуллерсна Cqq (С70) в роли фотогенератора заряда. Установлено, что указанная смесь обладает "гигантской" величиной кубичной нелинейной восприимчивости фоторефрактивного типа;
Продемонстрирована возможность "неэлектрооптической" фоторсф-ракцжи в композициях, не содержащих нелинейно-оптический хромофор;
Впервые исследован ряд нелинейно-оптических композиций на основе поливинилкарбазола и фоточувствительных агентов, относящихся к классу замещенных хинонов;
Объяснен физический механизм оптической нелинейности, реализующийся в органических композициях типа полимерная проводящая матрица - пластификатор - фот,огенератор заряда, связанный с динамической модификацией молекулы последиего компонента в его анион-радикал при лазерном облучении;
Впервые проведено исследование квадратичной электрооптической восприимчивости растворов ряда новых соединений с комплексом переноса заряда и металлооргаиических молекул с германиевыми гетероциклами.
На защиту выносятся следующие положения:
Реализация "гигантской" инерционной оптической нелинейности фо-торефрактивного типа в органических полимерных композициях вида проводящая матрица - фогпогенератор носителей за,ряда - пластификатор возможна без наличия в их составе электрооптического компонента, присутствие которого ранее считалось необходимым. В указанных средах имеет место "неэлектрооптическая" фоторефракция.
Физический механизм оптической нелинейности органической полимерной композиции вида поливинилкарбазол- фуллерен CVofC^o) - пластификатор при лазерном облучении в видимом диапазоне длин волн обусловлен динамической модификацией молекулы CVo в анион-радикал Сто, обладающий отличной от молекулы фуллерена величиной оптической поляризуемости. Аналогичный механизм оптической нелинейности имеет место для композиций типа 'поливинилкарбазол - замещенный хиной - пластификатор.
Новые органические жидкости двух классов - германий-содержащие гетероциклические соединения и растворы молекул с комплексом переноса заряда - обладают квадратичными электрооптическими свойствами с величиной восприимчивости, не уступающей перспективным современным аналогам.
Научно-практическая значимость. Показана возможность управления оптическими параметрами среды (диэлектр и ческой проницаемостью, пропусканием) посредством высокочастотного светового либо постоянного внешнего электрического полей. Эффективность контроля над характеристиками исследованных материалов подтверждена низкими зна- чениями управляющих мощностей и напряжении, что дает указанным средам возможность найти практическое применение в системах оптической обработки информации. Экспериментально продемонстрирована применимость фуллерен-содержащих композиций в целях хранения оптической информации.
Работа проводилась в рамках исследований, поддерживаемых Российским фондом фундаментальных исследований (грант №00-15-96675) и Федеральной целевой программой "Интеграция" (госконтракт №3 3139/ 1726).
Достоверность и обоснованность положений и выводов, полученных в диссертации, обеспечена применением современной стандартной измерительной аппаратуры, метрологической поверкой измерительного оборудования, использованием стандартных экспериментальных оптических методов, обработкой полученных данных с помощью современного программного обеспечения, воспроизводимостью экспериментальных результатов, а также согласованием некоторых выводов с результатами других авторов.
Публикации и апробация результатов. Диссертация написана по материалам работ, которые велись на кафедре электродинамики радиофизического факультета Нижегородского государственного университета им. Н.И.Лобачевского.
Основные результаты диссертации докладывались па Международных конференциях по лазерам и электрооптике CLEO/Europe-EQEC (2000 г., Ницца; 2003 г., Мюнхен), Х-й Международной конференции "Оптика лазеров" (2000 г., Санкт-Петербург), Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике ICONO'2001 (2001 г., Минск), Международной конференции по квантовой электронике и лазерным технологиям IQEC/LAT'2002 (2002 г., Москва), П-й Международной молодежной конференции по лазерной оптике LOYS'2003 (2003 г., Санкт-Петербург),
Совещании "Нанофотоника-2004" (2004 г., Нижний Новгород - Казань), Конференции молодых ученых "Нелинейные волновые процессы" в рамках ХП-й Научной школы "Нелинейные волны-2004>: (2004 г., Нижний Новгород), 6-8 Научных конференциях по радиофизике (2002 - 2004 гг., Нижний Новгород), 6-9 Нижегородских сессиях молодых ученых (2001 - 2004 гг., Нижний Новгород), а также на Первом российско-украинском семинаре "Оптика наноструктурированных материалов" (2002 г., Киев), семинаре отделения Нелинейной динамики и оптики ИПФ РАН. семинаре отдела Сверхпроводимости ИФМ РАН.
По материалам диссертации опубликовано 25 научных работ [49]- [73], в том числе 5 статей в научных журналах, 2 статьи в сборниках научных работ, 18 тезисов докладов на международных и отечественных научных конференциях.
Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве, заключается в участии в процессе постановки задачи, проведении экспериментальных исследований, обработке, обсуждении и изложении полученных результатов.
Содержание работы
Во введении дается общая характеристика работы, включающая научную новизну, практическую значимость работы, основные положения, выносимые на защиту; обсуждается актуальность темы диссертации, формулируется цель исследования; содержится обзор современного состояния проблемы и краткий обзор литературы по тематике исследования.
Первая глава посвящена исследованию особенностей нелинейно-оптической восприимчивости новых органических ианокомпозиций, включающих в свой состав проводящую полимерную матрицу - поливш-шл-карбазол, фоточувствительную добавку - фуллерен Cqq или Cjq и смесь пластификаторов.
Представлен краткий обзор результатов исследований подобных фо-торефрактивных композиционных сред на основе полимерных материалов, полученных зарубежными научными группами; кратко освещено современное состояние дел в области "органической" фото рефракции.
Приводятся описания и результаты ряда оптических экспериментов (двух- и четырехволнового взаимодействий, самовоздействия гауссова лазерного пучка в тонком слое исследуемой среды, дифракционных измерений), позволяющих прийти к выводу о наличии "гигантской" нелинейной восприимчивости тестируемых композиционных материалов. Посредством эксперимента по z-сканированию тонкой полимерной пленки измерена величина и знак реализующейся нелинейности на длине волны 633 им.
Определены особенности динамики формирования и релаксации нелинейности; установлена обратная зависимость ее характерного времени от величины интенсивности падающей на среду волны, свидетельствующая об участии фотовозбуждения молекулы в процессе нелинейного изменения показателя преломления исследуемой композиции. Установлено влияние внешнего электрического поля на характерное время установления нелинейности без существенного изменения ее величины. Показано влияние вязкости и темповой проводимости полимерного образца на скорость нелинейных процессов в нем.
Изложены постановка и результаты спектроскопического эксперимента, позволившего сделать вывод о механизме наблюдаемой нелинейности путем сравнения спектров пропускания полимерной композиции до и после лазерного облучения. На основании полученных экспериментальных данных объяснена физическая природа нелинейности подобных фуллерен-содержащих материалов, заключающаяся в обратимой модификации под воздействием пучка гелий-неонового лазера молекулы фул-лерена CVo в его анион-радикал C?q, обладающий отличной от молекулы фуллерена величиной поляризуемости. Показана возможность реализации "неэлектрооптической" фоторефракции в композициях типа полимерная токопроводящая матрица - фотогенератор заряда - пластификатор] кратко сформулирована перспективность практического применения подобных материалов в устройствах обработки информации.
Во второй главе проводится детальное исследование оптической нелинейности ряда хинон-содержащих токопроводящих органических композиций. Приводятся описания оптических экспериментов, которые позволили получить несколько новых научных результатов: 1) обнаружить и измерить величину нелинейности тестируемых материалов; 2) подробно исследовать временную динамику нелинейности и влияние на нее внешних факторов (внешнего электрического поля, интенсивности волны па входе); 3) сделать вывод о большей эффективности хиноновых молекул по сравнению с молекулами фуллерена в качестве фотогенераторов носителей заряда в полимерной фоторефрактивной композиции, что обусловлено более ярко выраженными акцепторными качествами первых: 4) выбрать из ряда исследуемых композиций, отличающихся типом фоточувствительного компонента, образец с наибольшей величиной нелинейно-оптической восприимчивости.
В ходе исследования динамики реализующейся нелинейности была обнаружена обратная зависимость времен развития и релаксации нелинейного процесса от величины падающей интенсивности, подтверждающая гипотезу о фоторефрактивной природе нелинейности исследуемых хинон-содержащих сред, благодаря чему данные материалы служат очередным доказательством возможности реализации "неэлектрооптической" фоторефракции в органических композиционных материалах.
Третья глава посвящена исследованию эффекта наведенного внешним электрическим полем двулучєпреломления в новых органических соединениях двух типов: металлоорганических веществах, включающих в свой состав германиевые гетероциклы, и растворах молекул, обладающих комплексом с переносом заряда. Дается обсуждение особенностей строения молекул данных веществ, обуславливающих собственный ди-польный момент молекулы и тем самым сравнительно эффективную квадратичную электрооптическую восприимчивость среды в целом.
Кратко обсуждена теория данного явления. Представлено описание установки для эллипсометрического эксперимента, позволяющего определить квадратичный коэффициент Керра исследуемой жидкости по величине интенсивности световой волны, прошедшей через тестируемый образец, помещенный между двумя скрещенными поляризаторами, при приложенном к нему постоянном электрическом поле. В результате экспериментов с внешним электрическим полем, не превышающем 2,5 В/мкм зафиксировано изменение показателя преломления среды вплоть до 10~3, что соответствует величине квадратичного коэффициента Керра s = 1,5-1(Г16м2/52.
Исследованы величина и особенности квадратичной электрооптической восприимчивости тестируемых соединений в зависимости от вида растворителя, используемого в эксперименте. Чрезвычайно высокая эффективность процесса наведенной анизотропии исследуемых сред, наблюдаемая экспериментально, определяет возможность использования данных материалов для создания быстрых электрооптических переключателей, а также в качестве электрооптического компонента органической фоторефрактивной смеси с целью усиления ее нелинейно-оптических свойств.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
Исследование эффекта самовоздействия световой волны в слое нелинейной среды
Наблюдаемое явление самовоздействия - самофокусировки, самодефокусировки, либо самоканалирования - лазерного пучка в среде служит первым признаком наличия в ней оптической нелинейности [1. Оно же используется в качестве самого простого метода тестирования нелинейного отклика материала [100]. Пучок гелий-неонового лазера (длина волны Л = 633 нм), сфокусированный линзой с фокусным расстоянием F 12 см, проходя через слой среды, образовывал в дальней зоне характерную структуру поперечного распределения интенсивности света в виде чередующихся темных и светлых колец (число колец, наблюдаемых в эксперименте, достигало 14-ти)(рис. 1.2). Причиной возникновения подобной кольцевой структуры является наводимая пучком тонкая аберрационная линза, которая, в свою очередь, влияет на форму волнового фронта на выходе из слоя. Благодаря приобретенной несферичности фронта становится возможным наблюдение максимумов и минимумов амплитуды светового поля. Этот же факт является неоспоримым доказательством нелинейной восприимчивости среды. Необходимо также отметить, что формирование нелинейной линзы в образце происходило даже при сравнительно малых интенсивностях падающего излучения (/ 0.1 Вт/см2), достигаемых при слабой фокусировке пучка лазера с исходной мощностью 5 мВт. Указанный факт свидетельствует о неординарной величине оптической нелинейности, реализующейся в исследуемых композициях. Характерное время, за которое полностью формировалась нелинейная линз сі, составило величину Т rZ$ 2 мин. Подобные временные масштабы позволили прийти к выводу о том, что реализующаяся нелинейность не является тепловой, поскольку время ее релаксации существенно превышает время тт температуропроводности полимерной пленки толщиной I., определяемое из соотношения: 1.3) где х коэффициент температуропроводности полимера. Типичной х Для подобных материалов является величина % 10 3см2/с, что при I — 0.1 мм дает ту = 25 мс и позволяет сделать вывод о нетепловом механизме нелинейности. Нелинейное изменение показателя преломления образца вследствие фотохимических процессов в настоящем эксперименте также маловероятно, поскольку образования каких-либо новых устойчивых соединений в ходе исследования зафиксировано не было. Подобные фотохимические превращения возможны лишь в условиях гораздо большей экспозиции. В пользу вывода, что нелинейность не обусловлена какими-либо химическими реакциями, свидетельствовала также полная обратимость процесса записи линзы в исследуемых композициях.
Динамика формирования и релаксации нелинейности композиционных материалов исследована при помощи экспериментальной схемы, изображенной на рис. 1.4. Рис. 1.5 демонстрирует динамику пе только формирования неоднородности показателя преломления среды под действием световой волны, но также и ее релаксации после выключения записывающего пучка. Для измерения величины нелинейности и выяснения ее знака в работе был использован метод z-сканирования, заключающийся в определении константы оптической нелинейности среды на основании данных об изменении интенсивности сфокусированного пучка, прошедшего топкий нелинейный слой, в зависимости от положения образца относительно фокуса линзы [101], [102]. Схема экспериментальной установки для измерения констант оптиче- ской нелинейности методом z-сканирования изображена на рис. 1.6. Ячейка с тестируемой композицией перемещается вдоль оси сфокусированного линзой гауссова лазерного пучка (т.е. вдоль z-направления) в окрестности его перетяжки. При этом вследствие эффекта самовоздействия наблюдается изменение линзовой прозрачности (определяемой отношением интенсивиостей пучка при наличии образца и без него) в дальней зоне на оси (рис. 1.6, фотоприемник 5). Причина этого явления при движении ячейки вдоль z-направлеиия заключается в изменении расходимости пучка, вызванном наведенной нелинейной линзой, сила которой зависит, в свою очередь, от падающей интенсивности. В конечном итоге зависимость расходимости волны от z-координаты нелинейного слоя имеет характерный вид (рис. 1.7) и дает возможность оценить величину изменения показателя преломления исследуемого материала, а также определить знак нелинейности. Помимо измерения зависимости линзовой прозрачности от координаты образца, в эксперименте контролировалась также полная мощность пучка на выходе из пленки при ее различных положениях относительно линзовой перетяжки (рис. 1.6, фотоприемник 4). Оказалось, что эта мощность достигает минимума вблизи точки геометрического фокуса, что объясняется увеличением поглотцення в образце при возрастании интенсивности падающего излучения вследствие эффекта обратного насыщения поглощения, являющегося особенностью входящей в состав исследуемой смеси молекулы фуллерена CVo [98], [99]. По этой же причине представленные на рис. 1.7 зависимости линзовой прозрачности от координаты z отличаются при нормировке на мощность падающего (пунктирная кривая) и прошедшего (сплошная кривая) пучков. При проведении оценок полагалось (в дальнейшем правомерность данного предположения была подтверждена), что оптическая нелинейность исследуемых композиций локально связана со световым полем, и тем самым для нее выполняется соотношение: где Лп - величина изменения показателя преломления; П 2 - коэффициент кубичной нелинейности; I - интенсивность световой волны. Кроме того, пренебрегалось малыми изменениями коэффициента по- глощения среды Да, приводящими к дополнительной модуляции амплитуды в поперечном сечении светового пучка (в наших условиях вклад этого эффекта в нелинейную рефракцию пучка был несущественен по сравнению со вкладом нелинейного изменения показателя преломления среды, так как было выполнено условие Аа -С Апк, где к - волновое число).
Для подобной локальной нелинейности, связанной с изменением показателя преломления, хорошо разработано описание z-сканирования на основе теории самофокусировки, позволяющее определить малые An из соотношения [101]: где S - коффициент пропускания регистрирующей апертуры (отношение радиуса ограничивающей апертуры па оси к радиусу пучка); Lcff — [1 — exp( al)]/a - эффективная длина нелинейного взаимодействия; а - коэффициент линейного поглощения среды; AT — Ттак — ТЮщ - изменение линзовой прозрачности, определяемое как разность между максимальным (Ттах) и минимальным (ТШІ„) значениями пропускания пленки Т, нормированного на полную мощность пучка, на, выходе. ПОЛЬЗУЯСЬ (1.5), МОЖНО Определить НеЛИНеЙНЫЙ коэффициент П2 по известной интенсивности волны на оси и измеренной в ходе z-сканирования величине ЛТ. Максимальное изменение показателя преломления было получено в композиции ПВК: Сто пластификатор (45:0,5:54,5 %) и составило величину: Лп = -3-10-3. Отрицательный знак An соответствует дефокусирующей нелинейно- сти. Этот факт обосновывается видом результирующей кривой z-скани-рования, достигающей наибольшего значения до перетяжки и наименьшего - после нее. Оценка величины нелинейного коэффициента Пч при падающей интенсивности 1=10 Вт/см2 приводит к Такой порядок величины оптической нелинейности исследуемых композиций сравним с нелинейностями наиболее перспективных фоторефрак-тивиых органических материалов, известных в настоящее время [103]-[106]. Еще одним методом тестирования нелинейно-оптических свойств среды является наблюдение эффекта двухволнового взаимодействия (ДВВ) [84, [93]: интерференционное поле, возникающее при пересечении в слое двух когерентных лазерных пучков и модулирующее показатель преломления образца, формирует в слое голографическую решетку. Самодифракция записывающих волн на решетке показателя преломления приводит к асимметричному энергообмену между пучками, при котором наблюдается увеличение интенсивности слабого (пробного) пучка за счет интенсивности сильной волны (волны накачки) на выходе из нелинейного слоя (рис. 1.8).
Обсуждение механизма нелинейности
Согласно проведенным исследованиям наиболее вероятной причиной нелинейного изменения показателя преломления изучаемых композиций является изменение спектров их пропускания под действием лазерного излучения, обусловленное, в свою очередь, модификацией фуллерена Сто в анион-радикалы Сто, CftT и ДР- Механизм нелинейности можно описать следующим образом (рис. 1.23). Вследствие поглощения кванта света фуллерепом его электрон переходит из основного состояния (5о) на более высокие синглетпые уровни (Si — (S2), после чего безызлучателы-ю релаксирует на возбужденный триплет (Ті). Образовавшаяся на основном уровне электронная вакансия занимается электроном молекулы ПВК, находящимся на ближайшем энергетическом уровне. Данный продесс, по сути, и представляет собой образование устойчивой структуры - анион-радикала фуллерена. Появившаяся в результате этого дырка мигрирует по электронной системе ПВК до тех пор, пока не захватывается ловушкой. После окончания освещения концентрация анион-радикалов уменьшается вследствие рекомбинации. Упомянутый процесс может быть описан с помощью следующей си- где p - концентрация дырок; Ns0, NT, , Ntr населенности основного состояния (синглетного уровня So), первого возбужденного триплета молекулы фуллерена и возбужденных ловушечных уровней, соответственно; Nk и Nr концентрации молекул ПВК и ловушек, соответственно; к—коэффициент диффузии дырок; д—подвижность дырок; rtr,Tps, Щ— времена безызлучательной релаксации возбужденных лову- шек, населенности зоны проводимости ПВК и возбужденного фуллерена на переходе Ті — SQ: соответственно; WTP и WRP—вероятности дырочной рекомбинации в результате взаимодействия с возбужденным фуллереном и возбужденной ловушкой, соответственно; а—сечение поглощения основного состояния фуллерена; /—интенсивность световой волны; Тіш—энергия кванта; Е0—напряженность внешнего электрического поля. Уравнение (1.10) описывает процесс генерации дырок путем переходов из зоны проводимости ПВК на основной уровень. Первое слагаемое в правой части (1.10) учитывает баланс дырок и населенности уровней ПВК, второе и третье слагаемые соответствуют процессам диффузии и дрейфа дырок (при наличии внешнего электрического поля). Четвертый и пятый члены (1.10) учитывают релаксацию концентрации дырок вследствие рекомбинации с возбужденными молекулами фуллерена и ловушками. Уравнение (1.11) описывает динамику населенности уровня Т\ : возбуждение под действием кванта света, рекомбинацию и релаксацию.
Из уравнения (1.12) видно, что населенность основного уровня молекулы фуллерена уменьшается за счет индуцированного светом возбуждения (первое слагаемое в правой части) и может быть восстановлена либо за счет безызлучательных переходов ПВК—So, либо вследствие релаксации с уровня Ті. Аналогичным образом может быть описана динамика концентрации ловушек Ntr (1.13). Система уравнений (1.10) - (1.13) обладает несколькими характерными временными масштабами, в соответствии с которыми может описывать несколько типов динамики. В отличие от классической "электроои- тической" фоторефракции, в описываемом нами случае не было принято во внимание поле внутреннего заряда из-за отсутствия электрооптического отклика изучаемых сред. Данная система уравнений фокусирует внимание на описании системы электронных уровней молекулы фулле-рена, что, несомненно, является актуальным вследствие существенной роли, которую играет фуллерен в формировании нелинейности среды. Вышеописанный сценарий имеет место и для классической фоторе-фрактивной нелинейности, требующей, однако, наличия в полимерной композиции дополнительного электрооптического компонента, обеспечивающего изменение показателя преломления среды под действием внутреннего поля пространственного заряда анион-радикалов и дырок, захваченных ловушками. Особенность настоящего случая состоит в том, что далее в отсутствии электрооптического компонента показатель преломления композиции, содержащий анион-радикалы, изменяется вследствие различия между иоляризуемостями последних и исходных молекул фуллерена. Возбужденный триплетный уровень 71 имеет достаточно большое время жизни - до нескольких десятков миллисекунд, - сильно зависящее от окружения фуллерена, а поляризуемость этого уровня значительно отличается от поляризуемости основного состояния SQ. Эффект изменения показателя преломления различных веществ при возбуждении молекул, имеющих разную поляризуемость в основном и возбужденном состояниях, достаточно хорошо известен и описывается следующим выражением [112: где FL = (n + 2)/3 - фактор локального поля (фактор Лоренца); По - невозмущенный показатель преломления среды; Apq - различие поляризуемостей основного состояния и возбужденного q-ro уровня; ANq - изменение населенности q ro уровня вследствие возбуждения. Поляризуемость q-ro уровня, в свою очередь, определяется, как известно, вероятностью всех переходов с этого уровня под действием излучения на частоте измерения v. 4тг2т г ( - У2)2 + (7в )2 где е и т - заряд и масса электрона, соответственно; fqi - сила осциллятора перехода между уровнями энергии с индексами 1 и q; vqi - резонансная частота перехода; jq{ - ширина линии перехода; Различие поляризуемостей молекулы фуллерена в основном состоянии и на возбужденном триплетном уровне определяется тем, что сила осцилляторов переходов из возбужденного состояния (с уровня Ті) намного больше, чем из основного состояния SQ. Именно этим фактом, по существу, определяется эффект обратного насыщения поглощения ("затемнения") фуллерен-содержащих сред.
Измерения, описанные в п.1.7, показали наличие изменения спектра поглощения изучаемой фуллерен-содержащей композиции при поглощении излучения гелий-неонового лазера (рис. 1.22). Интеграл от разностного спектра пропускания среды до и после освещения, согласно соотношению Крамерса-Кронига, определяет действительную часть нелинейной восприимчивости вещества, пропорциональную изменениям поляризуемости молекул при возбуждении. Численная оценка изменения показателя преломления исследуемого материала по его дифференциальному спектру, полученная на основании соотношения Крамерса-Кронига, дала величину An = —2,2 10 3, что неплохо согласуется с результатом эксперимента. Дополнительным фактором, увеличивающим нелинейность исследуемых полимерных композиций, является диффузия (или дрейф) свобод- ных носителей заряда (дырок), способствующая "закреплению" населенности возбужденного уровня при образовании анион-радикала с заселенными синглетиым (5о) и триплетным (Ту) уровнями (рис. 1.23). Релаксация концентрации анион-радикалов может происходить за счет рекомбинации с дыркой, и этот процесс существенно затрудняется с уходом дырок из освещенной области. Именно с этим фактом, по нашему мнению, связано уменьшение характерного времени установления нелинейности при наличии внешнего электрического поля, способствующего быстрому дрейфу свободных носителей заряда. Наличие большой оптической нелинейности исследуемых фуллерен-содержащих материалов было подтверждено результатами ряда оптических экспериментов - ДВВ, ЧВВ, ъ-сканирования и самовоздействия лазерной волны. Тот факт, что константа энергообмена при ДВВ не увеличивается с ростом внешнего напряжения, служит доказательством "неэлектрооптической" природы наблюдаемой нелинейности. В то же время, возрастание скорости передачи энергии от сильной волны к слабой объясняется ускорением процесса образования анион-радикалов вследствие ускорения разделения заряда и их дрейфа во внешнем электрическом поле. Энергообмен между волнами, участвующими в ДВВ, также объясняется формированием в образце решетки концентрации анион-радикалов фуллерепа. Решетка показателя преломления, обусловленная подобной нелинейностью, связана с картиной интерференции локальным образом, что делает невозможным стационарный эпергообмен в условиях брэггов-ской дифракции, позволяя, тем не менее, наблюдать перекачку энергии в режиме дифракции Рамана-Ната, реализующейся при малом угле пересечения волн.
Исследование эффекта самовоздействия световой волны и определение коэффициентов нелинейности хинон-содержащих сред
В качестве простейшего теста, подтверждающего наличие нелинейно-оптических свойств исследуемых полимерных композиций, был использован эффект самовоздействия гауссова лазерного пучка в тонкой пленке (см. также п.1.2). Наблюдение этого эффекта в изучаемом хинон-содержащем образце было возможным при распространении в нем слабо сфокусированного пучка гелий-неонового лазера (с исходной мощностью 5 мВт) рис. 2.3. При этом аналогично эксперименту с фуллерен-содержащими материалами, описанному в п.1.2, в условиях сильной фокусировки в дальней зоне наблюдалось формирование аберрационной нелинейной линзы, характеризующееся распределен ием интенсивности светового поля в виде концентрических чередующихся светлых и темных колец. Таким образом, нами было получено неоспоримое доказательство нелинейного отклика исследуемой среды. В описываемом случае при фокусировке лазерного пучка линзой с фокусным расстоянием F = 5, 5 см было отмечено формирование устойчивой дифракционной картины в виде тринадцати колец, обусловленной дефокусировкой лазерного пучка в слое полимерной композиции. Характерное время формирования нелинейной линзы так же, как и в эксперименте с фуллерен-содержащими композициями, находилось в обратной зависимости от интенсивности записывающей волны. Подобная закономерность свидетельствует о справедливости гипотезы о том, что механизм оптической нелинейности полимерных композиций, допи-роваииых хиноиовыми производными, основан на фотовозбуждепии зарядов. Динамика формирования и релаксации нелинейности композиционных материалов, исследованная при помощи экспериментальной схемы, изображенной на рис. 1.4, представлена на рис. 2.4 для смеси ПВК:п-хлоратіл:пластификатор (41,5:3:55,5%). Анализ характерных временных масштабов процессов записи и стирания линзы позволяет прийти к выводу, что линза не является тепловой, поскольку время ее релаксации значительно превышает характерное время температуропроводности полимера Тт в пленке толщиной 100 мкм. Оценка времени т? для подобных полимерных систем приведена в п.1.2 настоящей работы. Для измерения величины и знака оптической нелинейности исследуемого ряда полимерных хинон-содержащих композиций была снова использована методика z-сканирования.
Экспериментальная схема, а также процедура определения константы нелинейности щ по полученной в результате z-сканирования кривой, характеризующей зависимость линзовой прозрачности пленки от ее положения относительно перетяжки пучка, подробно обсуждены в п.1.3 предыдущей главы. Здесь же мы лишь приведем пример кривой z-сканирования, полученной в эксперименте со смесью ПВК:п-хлоранил:пластификатор (41,5:3:55,5%) (рис. 2.5), а также результирующую таблицу коэффициентов оптической нелинейности композиций, допированных различными замещенными хинонами. Как показано в таблице, в экспериментах со всеми тестируемыми хи-ноновыми соединениями, использованными в качестве фоточувствительного допанта полимерной фоторефрактивной композиции, мы сталкиваемся с наличием "гигантской" инерционной оптической нелинейности, Более подробное обоснование этого факта дадим па примере одного представителя исследованного ряда соединений, а именно и-хлоранила. Механизм оптической нелинейности, реализую ідей ся в композиции типа ПВК:П ХЛОранил:пласт,ифи%атор можно охарактеризовать следующим образом. Введение молекулы тг-хлоранила в раствор ПВК в толуоле приводит к резкому изменению окраски данного раствора. В спектре поглощения появляется охватывающая весь видимый диапазон широкая полоса поглощения, имеющая максимум на длине волны А = 530 нм. Указанной полосы нет в спектрах поглощения индивидуальных растворов n-хлоранила и ПВК. Появление данной полосы служит доказательством процесса формирования комплекса с переносом заряда (КПЗ) между n-хлоранилом и ПВК, и наблюдаемое поглощение связано с полосой поглощения указанного КПЗ. Лазерное облучение среды по полосе переноса заряда приводит к возникновению ион-радикальной пары (в соответствии с механизмом, подробно обсужденным в п. 1.8), состоящей из анион-радикала хинона и катион-радикала ПВК. Далее процесс нелинейного изменения показателя преломления среды идет точно таким же образом, как и в экспериментах с любыми веществами, молекулы которых имеют разные значения поляризуемости в основном и возбужденном состояниях [112]. В настоящей главе представлены результаты экспериментов, являющиеся важной составной частью базы описанных в Главе 1 исследований особенностей нелинейно-оптической восприимчивости новых органических полимерных композиций, допированных фоточувствительными химическими соединениями. Объяснение механизма сравнительно сильной оптической нелинейности составов типа ИВК;CVo .-пластификатор [52] послужило предпосылкой к циклу экспериментов, в которых фуллерен в качестве фото чувствительного агента заменен рядом новых материалов, относя]цихся к классу замещенных хинонов. Более сильные по сравнению с фуллсреном электро-акцепторные свойства хиноновых молекул позволили надеяться на получение более эффективных с точки зрения нелинейно-оптической восприимчивости полимерных композиций. Вместе с этим аналогичность состава фуллерен- и хинон-содержащих смесей позволили предположить справедливость описанного ранее механизма нелинейности фоторефрактивной композиции типа ПВК:сенсибилизатор . пластификатор для исследованных в Главе 2 полимерных смесей, допированных хиноновыми молекулами.
Тестирование нелинейно-оптических свойств указанных веществ осуществлялось посредством экспериментов по z-сканированию и самовоздействию пучка гелий-неонового лазера в тонком слое среды. Нелинейно-оптический отклик обнаружен во всех пяти материалах, протестированных в ходе исследования. При этом в трех случаях величина нелинейности оказалась выше, чем у аналогичной фуллерен-содержащей композиции. Максимальный нелинейный коэффициент был получен в экспе- рименте с составом ПВК:Q5.-пластификатор (41,5:3:55,5 %) и составил величину П2 = — 9 10 4 см2/Вт, превосходящую аналогичную величину для композиции, допированной молекулой Cm, в три раза. Указанный факт свидетельствует о справедливости нашей гипотезы о большей эффективности хинон-замещенных молекул как фотогенераторов заряда на "красной" длине волны в полимерной фоторефрактивной смеси. В результате исследования динамики формирования и релаксации реализующейся нелинейности нашел новое подтверждение вывод о наличии обратной зависимости между характерными временами развития и релаксации нелинейности и величинами интенсивности падающего лазерного излучения, что вполне согласуется с выводом о фоторефрактивной природе наблюдаемой нелинейности. Оптическая нелинейность исследованных фоточувствительных хинон-содержащих полимерных композиций по своей величине не уступает таковой большинства аналогичных сред [101]. "Гигантская" инерционная нелинейно-оптическая восприимчивость материалов, допированных хи-ноновыми молекулами, представляется весьма перспективной с точки зрения использования их в целях оптической обработки информации, например, для выделения сигнала на фоне случайного флуктуирующего шума. Главным недостатком исследованных материалов все же остается деградация полимерной пленки, избежать которую возможно только путем тщательной герметизации. Под электрооптическим эффектом подразумевают явление изменения оптических характеристик среды под воздействием электрического поля. Подобный эффект был одним из первых нелинейно-оптических феноменов, наблюдавшихся экспериментально. Электрооптические материалы нашли применение в качестве оптических модуляторов, переключателей, устройств для информационных и телекоммуникационных систем [21], [26], [38]- [40]. До недавнего времени приоритет при изготовлении реальных устройств па основе электрооптических сред полностью принадлежал неорганическим кристаллам, таким как, например, дидей-терофосфат калия или ниобат лития.
О теории электрооптического эффекта
Как известно, электрооптические коэффициенты условно определяются через изменение тензора электрической непроницаемости среды Вц [117]: Tijtk — компоненты тензора линейного электрооптического коэффициента (коэффициент Поккельса); Sij,ki — компоненты тензора квадратичного электрооптического коэффициента (коэффициент Керра). Ненулевой коэффициент Поккельса имеют лишь среды, не обладающие центром симметрии, то есть вещества, которые даже в отсутствие внешнего поля имеют анизотропию. К таким средам относятся органические и неорганические кристаллы, а также полимерные пленки после электрического полинга. Материалы, изначально не обладающие анизотропией, могут приобретать таковую под действием внешнего электри- ческого поля. Это явление носит название эффекта Керра (наведенного двулучепреломления) и описывается второй суммой в правой части (3.1). Величины компонентов тензора s характеризуют величину индуцированной внешним полем анизотропии среды. В терминах изменения показателя преломления выражение (3.1) представляет собой следующее равенство: где щ— показатель преломления среды при отсутствии поля. Для изотропной среды (г = 0) вклад в изменение показателя преломления дает лишь второе слагаемое в правой части (3.2): Это выражение позволяет оценить величину коэффициента s экспериментально. В настоящей работе для обнаружения эффекта наведенного двулучепреломления и экспериментального определения коэффициента Керра использовалась чрезвычайно простая методика измерений (называемая в литературе "эллипсометрической" [125]). Исследуемый образец помещался между двумя скрещенными поляризаторами. Тестирующий лазерный пучок на выходе из системы поляризаторов, очевидно, будет минимален, если изучаемая среда не обладает способностью вращать плоскость поляризации света. Если же образец имеет анизотропные свойства (в нашем случае - индуцированные внешним электрическим полем), и падающий луч не сонаправлен с оптической осью среды, то при распространении по образцу плоскость поляризации поля поворачивается на некоторый угол и приобретает тем самым компоненту, пропускаемую анализатором. Появление оптического сигнала на выходе системы из двух скрещенных поляризаторов и кюветы с исследуемым материалом (далее именуемой "системой скрещенных поляризаторов") является критерием анизотропии исследуемой среды. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 3.2. Рис. 3.2:
Схема электрооптических измерений: 1 - гелий-неоновый лазер; 2 - прерыватель; 3 - телеокоп; 4 - поляризатор; 5 - исследуемый образец; 6 - анализатор; 7 - фотоприемник В отсутствие внешнего поля поляризаторы устанавливались на минимальное пропускание света. При приложении постояш-юго напряжения к ячейке мы наблюдали увеличение сигнала на выходе. При этом сигнал в скрещенных поляризаторах мог возрастать в несколько сотен раз по сравнению с его первоначальным значением, как, например, в эксперименте с веществом БТГ (см. рис. 3.3). Объяснение этого факта, по нашему мнению, заключается в том, что прикладываемое перпендикулярно исследуемой пленке постоянное электрическое ноле индуцирует в изначально изотропном образце оптическую ось: молекулы изучаемого вещества, обладающие дипольным моментом, стремятся сориентироваться вдоль внешнего ноля, создавая выделенное направление и нарушая, тем самым, макроскопическую симметрию среды. Образец приобретает свойства одноосного кристалла и, в частности, Как оказалось, электрооптические свойства молекулы во многом определяются тем, в каком растворителе это вещество растворено. Мы исследовали поведение N23 в толуоле, ксилоле и хлороформе с целью определить оптимальный с точки зрения электрооптики растворитель. Результаты этого эксперимента представлены ла рис. 3.6. Во всех трех случаях концентрация молекул N23 была максимально возможной, хотя и достаточно низкой в силу того, что это вещество имеет невысокую растворимость во всех используемых нами растворителях. Оценки коэффициента Керра для каждого раствора приведены в Таб- Растворы N23 в толуоле и ксилоле практически идентичны с точки зрения величины коэффициента s, однако раствор в ксилоле, как видно из графика на рис. 3.5, требует меньших внешних напряжений для появления эффекта. Однако это преимущество ксилола сопровождается довольно сложной временной динамикой сигнала в скрещенных поляризаторах, а также электрическим пробоем ячейки при сравнительно слабых внешних полях [Е — 0,8 В/мкм). В связи с этим оптимальным растворителем для наших исследований является, очевидно, толуол. Наконец, последним из исследуемых нами веществ был раствор N1 в толуоле. Экспериментальные результаты для него приведены на рис. 3.7. С точки зрения электрооптических свойств N1 явно уступает как БТГ, так и всем трем растворам N23 (см. Таблицу 3.1).
Таким образом, электрооптические измерения подтвердили наличие эффекта наведенного электрическим полем двулучепреломления в исследуемых жидкостях. Величины квадратичного электрооптического коэффициента, полученные в экспериментах с тремя новыми органическими жидкостями (см. Таблицу 3.1), не уступают коэффициентам Керра лучших аналогичных сред, исследованных к настоящему моменту времени [127]. Настоящая глава содержит результаты исследования особенностей квадратичной электрооптической восприимчивости двух новых классов органических веществ - металлоорганического германий-содержащего гетероциклического соединения (БТГ) и растворов молекул с комплексом переноса заряда (N1 и N23). Результатом ряда экспериментов, направленных на разработку и исследование новых электрооптических соединений, достаточно эффективных для их использования в качестве компонентов фоторефрактивных полимерных композиций, стало обнаружение сравнительно высоких коэффициентов Керра в трех органических жидкостях (см. Таблицу 3.1). Тестирование квадратичных электроопти- ческих восприимчивостей указанных сред производилось с помощью наблюдения за их способностью вращения плоскости поляризации линейно поляризованного светового пучка, прошедшего через тонкий слой исследуемого материала при приложенном к слою постоянном электрическом поле. Согласно результатам эксперимента сильной наведенной анизотропией обладают всех три соединения, протестированные в ходе исследования. Наибольший коэффициент Керра был получен в эксперименте с БТГ и составил величину s — 1,5 10 16 м2/В2. В ходе эксперимента с молекулой N23 было выяснено, что на величину электрооптического коэффициента раствора оказывает влияние въсбор типа растворителя. Результаты изложенного в Главе 3 исследования позволяют сделать выводы о перспективности использования данных материалов в устройствах, осуществляющих быструю модуляцию и переключение оптических сигналов, а также в качестве электрооптического компонента, увеличивающего эффективность органической фоторефрактивной композиции. Основными результатами диссертационной работы являются следующие: 1. Показано, что органические композиционные материалы на основе токопроводящей полимерной матрицы и фотогенератора носителей заряда обладают "гигантской" инерционной оптической нелинейностью фоторефрактивного типа в видимом диапазоне длин волн. Обнаружен эффект "неэлектрооптической" фоторефракции в указанной группе материалов. 2. Определено оптимальное процентное соотношение компонентов смеси полимерная проводящая матрица - фотогенератор - пластификатор, обеспечивающее низкий уровень рассеяния и поглощения световой волны в среде при сохранении ее нелинейных свойств. 3. На основании результатов ряда оптических экспериментов - двух- и четырехволнового взаимодействий, самовоздействия гауссова лазерного пучка в тонком слое среды, z-сканирования, дифракционных измерений - показано, что величина оптической нелинейности органической композиции, содержащей полимер поли(]Ч-вянилкарбазол) в качестве проводящей матрицы и фуллерен CGO(CVO) В роли фоточувствительного компонента, сравнима с нелинейными характеристиками лучших современных аналогов.
