Динамика двухволнового взаимодействия световых пучков в пленке азосодержащего фоточувствительного полимера с жидкокристаллическими свойствами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правах рукописи

Андреева Мария Сергеевна

Динамика двухволнового взаимодействия световых пучков в пленке азосодержащего фоточувствительного полимера с жидкокристаллическими свойствами

Специальность 01.04.21 -лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва, 2004

Работа выполнена в Международном лазерном центре и на кафедре общей физики и волновых процессов физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Шмальгаузен Виктор Иванович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Бельдюгин Игорь Михайлович

кандидат физико-математических наук, доцент Иванов Сергей Александрович

Ведущая организация: Физический институт им. П.Н. Лебедева (ФИАН)

Защита состоится «ЛО » ь.-СС'ОЬЯ.' 2004 года в часов на заседании

диссертационного совета Д 501.001.31 в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992 ГСП-2, Москва, ул. Академика Хохлова, д.1, Корпус нелинейной оптики, аудитория им. С.А. Ахманова

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного Совета Д 501.001.31, доцент

Т.М. Ильинова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Задача двухволнового взаимодействия когерентных световых пучков в нелинейной среде изучается различными научными группами достаточно давно и подробно исследована. Тем не менее, появление новых нелинейно-оптических материалов и возможности новых приложений явления энергообмена световых пучков стимулирует продолжение исследований в этой области. В зависимости от материала, в котором происходит энергообмен, характер двухволнового взаимодействия может быть существенно различным. С появлением полимерных нелинейно-оптических материалов вновь становится актуальной задача изучения энергообмена световых пучков с учетом свойств конкретной среды. Явление энергообмена может иметь различные приложения, в частности оно используется в задачах адаптивной интерферометрии, где применение полимерных фоточувствительных пленок открывает новые перспективы.

Проблема регистрации малых изменений фазы и компенсации помех при измерении параметров вибрирующих объектов обычно решается интерферометрическими методами. Эти методы имеют высокую пороговую чувствительность обнаружения сигналов фазовой модуляции световых пучков и на сегодняшний день достаточно хорошо изучены. Для обнаружения малых фазовых сдвигов могут использоваться классические и так называемые адаптивные интерферометры. В классических оптических интерферометрах, благодаря специально разработанной конструкции, удается избежать необходимости дополнительной стабилизации рабочей точки. Однако такие приборы не могут работать в обычных лабораторных и производственных условиях, поэтому появилась необходимость создания нового типа интерферометров, которые могли бы стабильно работать в нормальных условиях. В настоящее время для задач виброметрии активно используются адаптивные интерферометры, в которых для осуществления стабилизации рабочей точки могут использоваться электромеханические корректоры, многоканальные электронные системы фазовой автоподстройки, а также оптические методы пространственно-временной стабилизации рабочей точки интерферометра. Одна из идей оптической стабилизации основана на использовании динамических голограмм в качестве элементов для совмещения волновых фронтов световых пучков (смесителей пучков) интерферометра. Динамическая голограмма, записанная в нелинейной среде, преобразует сигнал фазовой модуляции световых ] сигнал амплитудной модуляции на выходе.

Появление новых сред, пригодных для динамической голографии, открывает новые возможности адаптивной интерферометрии. Поэтому в настоящее время не ослабевает интерес к поиску новых материалов и исследованию возможности их применения в динамической голографии. На практике для каждой конкретной задачи необходим оптимальный выбор фоточувствительной среды и режимов голографической записи. Решающую роль при выборе нелинейной среды играет величина светоиндуцированной добавки к показателю преломления, времена отклика и чувствительность среды.

Для оптических систем обработки и хранения информации на сегодняшний день наиболее перспективными считаются органические среды с нелинейно-оптическими свойствами. Среди таких соединений выделяются фоторефрактивные полимеры, смесевые фоточувствительные материалы на основе полимерных пленок с красителями, фоточувствительные материалы с химически присоединенными молекулами красителя. В задачах адаптивной интерферометрии наиболее хорошо изучено применение фоторефрактивных кристаллов и полупроводников, а также фоточувствительного материала бактериородопсина.

В настоящей диссертационной работе исследуется фоточувствительный гребнеобразный полимер с химически присоединенными молекулами азо-красителя (синтезированный на химическом факультете МГУ в лаборатории профессора В.П. Шибаева) с целью изучения возможности его использования в задачах адаптивной интерферометрии. В отличие от смесевых композиций, полимеры с химически присоединенными молекулами красителя имеют лучшую стойкость к повторяющимся световым и температурным воздействиям. К тому же, введение в них более высоких концентраций фотохромных фрагментов, отвечающих за величину светоиндупированной анизотропии показателя преломления, не приводит к фазовому расслоению образцов. Часто для теоретического описания взаимодействия органических сред со светом используется феноменологический подход. Однако при таком подходе параметры модели не связаны явно с физическими константами среды, и при изменении внешних условий необходим подбор новых параметров, что достаточно неудобно. В противоположность феноменологическому, микроскопический подход позволяет явно связать параметры модели с характеристиками самого полимера.

В настоящей работе предпринята попытка описания светоиндуцированной анизотропии показателя преломления в азосодержащем фоточувствительном полимере с жидкокристаллическими (ЖК) свойствами как с помощью феноменологического, так и микроскопического подходов. Использование обоих подходов и сравнение результатов

позволяет выявить области их применимости. С учетом полученной модели светоиндуцированной анизотропии показателя преломления, а также феноменологического подхода, изучен энергообмен в азосодержащем гребнеобразном ЖК полимере. Теоретические исследования подтверждены экспериментально в схеме адаптивного интерферометра с пленкой азополимера в качестве смесителя световых пучков.

Цели диссертационной работы

1. Получить уравнения, описывающие динамику формирования светоиндуцированных вкладов в показатель преломления азосодержащего полимера с ЖК свойствами, из балансных уравнений для плотностей распределения транс- и цис-изомеров азокрасителя. Сравнить уравнения, полученные из микроскопической модели, с феноменологическими.

2. Теоретически изучить влияние ЖК свойств и внешних условий на динамику энергообмена при двухволновом взаимодействии в азополимере. Для выявления области применимости микроскопического и феноменологического подходов провести сравнение результатов, полученных из этих моделей.

3. В схеме адаптивного интерферометра с пленкой азосодержащего полимера в качестве смесителя световых пучков экспериментально изучить динамику энергообмена в азополимере при разных внешних условиях, таких как температура полимера, отношение интенсивностей пучков, полная плотность мощности излучения.

4. Экспериментально исследовать возможность преобразования пространственных фазовых искажений одного из взаимодействующих пучков на входе полимерной пленки в амплитудные искажения другого на выходе и наоборот (амплитудные в фазовые).

Исследование ориентировано на анализ возможности и перспектив использования полимерных пленок в качестве элеменов для совмещения волновых фронтов световых пучков (смесителей световых пучков) в адаптивных интерферометрах.

Научная новизна работы заключается в получении уравнений, описывающих динамику светоиндуцированной анизотропии показателя преломления азосодержащего гребнеобразного полимера с ЖК свойствами из балансных уравнений для концентраций изомеров азокрасителя, а также теоретическом и экспериментальном изучении динамики энергообмена световых пучков в пленке азосодержащего ЖК полимера.

Практическая ценность

1. Получена система связанных уравнений для вкладов в показатель преломления азосодержащего полимера с ЖК свойствами, позволяющая описать светоиндуцированную анизотропию среды, явно связать макроскопические характеристики полимера с его физическими постоянными, а также учесть ЖК свойства среды, которые сильно влияют на характер частотных зависимостей показателей преломления.

2. Установлено, что пленка азосодержащего полимера может быть эффективно использована в задачах адаптивной интерферометрии для визуализации временной фазовой модуляции сигнального пучка с частотой выше единиц герц. Показано, что пространственная фазовая модуляция одного из пучков приводит к амплитудной модуляции другого и наоборот, что может быть использовано при изучении взаимодействия пучков, один из который имеет искаженный волновой фронт.

3. Показано, что гребнеобразный азополимер с ЖК свойствами может использоваться в качестве смесителя световых пучков в адаптивном интерферометре, причем эффективность и скорость адаптации к низкочастотным изменениям фазы сильно зависят от температуры полимера, отношения интенсивностей взаимодействующих пучков, полной плотности мощности излучения.

Защищаемые положения

1. Параметр ориентационного порядка существенно влияет на динамику взаимодействия световых пучков в фоточувствительных азосодержащих полимерах с жидкокристаллическими свойствами.

2. Пленки фоточувствительного азосодержащего гребнеобразного полимера могут использоваться в качестве эффективных элементов совмещения волновых фронтов световых пучков (смесителей световых пучков) в адаптивном интерферометре для визуализации сигналов с частотой модуляции выше единиц герц.

3. В адаптивном интерферометре с пленкой фоточувствительного азосодержащего гребнеобразного полимера в качестве смесителя световых пучков пространственная фазовая моду.чягдаг сигнального нучхг прообразуется в амллзпудяую модуляцию обоих

пучков.

б

Апробация работы

Основные результаты работы опубликованы в 5 статьях в журналах «Квантовая электроника», «Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия.», «Известия РАН. Физика.», SPIE Proceedings. Кроме того, результаты докладывались на международных конференциях: Международная конференция «Оптика'99», (Санкт-Петербург, Россия, 1999), Международная научная молодежная школа «0птика'2000», (Санкт-Петербург, Россия, 2000), Международная конференция "Ломоносов'2001", (Москва, Россия, 2001), XVII Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике (КиН0'2001), (Москва, Россия, 2001), П Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика-2002», (Санкт-Петербург, Россия, 2002), "International Conference on Lasers, Applications and Technologies" (LAP2002), (Minsk, Russia, 2002), Ш Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика-2003», (Санкт-Петербург, Россия, 2003) и на семинарах Международного лазерного центра и кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Полный объем работы 170 страниц, включая 41 рисунок (129 печатных страниц). Библиография содержит 144 наименования, в том числе 12 научных публикаций автора.

Личный вклад

Все использованные в диссертации результаты получены автором лично или при его определяющем участии.

СОДЕРЖАНИЕДИССЕРТАЦИИ

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель диссертационной работы, описаны структура и содержание работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ диссертации проведен вывод уравнений для светоиндуцированных вкладов в показатель преломления азосодержащего полимера с

ЖК свойствами из балансных уравнений для плотностей распределения транс- и цис-изомеров азокрасителей. Предложенный подход позволяет учесть светоиндуцированную анизотропию показателя преломления в среде и составить систему связанных уравнений для вкладов в показатель преломления полимера, индуцированных- волной с произвольным направлением поляризации. Для решения задачи применен метод разложения плотностей углового распределения концентраций изомеров азокрасителей в ряд по полиномам Лежандра. Такой подход позволил связать коэффициенты в уравнениях для показателя преломления с материальными характеристиками самого полимера, а также удовлетворительно описать ряд наблюдаемых в эксперименте эффектов.

В параграфе 1.1 приведены основные сведения о строении гребнеобразного азосодержащего полимера с ЖК свойствами. Изложены основные допущения, используемые при построении модели взаимодействия молекулы азокрасителя с лазерным излучением. В модели предполагалось, что оптические свойства полимера зависят только от состояния азофрагментов (транс-цис изомеризации и ориентации молекул красителя). Под действием света молекулы красителя из более стабильного транс-состояния переходят в возбужденную цис-форму. Транс-цис изомеризация рассматривается в выделенном азофрагменте, при этом другие фрагменты не действуют на молекулу азокрасителя. Более медленным процессом является их переориентация в ходе теплового движения, причем транс-изомеры менее подвижны, чем цис-изомеры. Быстрые переходы не меняют ориентацию молекул красителя, которые переориентируются, только находясь в основном состоянии. Сечение поглощения транс-изомеров в направлении, параллельном поляризации падающего излучения, много больше сечения поглощения в перпендикулярном направлении. Сечения поглощения цис-изомеров не зависят от их ориентации. Поляризуемость трансизомеров сильно зависит от направления, в то время как поляризуемость цис-изомеров изотропна. Записаны балансные уравнения для плотностей распределения транс- и цис-изомеров молекул азокрасителя:

где

I ^ ] ИУ сг'-стр пу

- нормированные на полное число частиц плотности распределения транс- и цис- изомеров, егс,а",(Г^ - сечения поглощения цис-изомеров и транс-изомеров в направлениях параллельном и перпендикулярном поляризации падающего излучения соответственно, причем - коэффициенты

вращательной диффузии изомеров, - параметр ориентационного

порядка, описывающий степень ориентации длинных осей молекул вдоль направления директора. Поляризация падающего излучения полагалась линейной. Жидкокристаллические свойства были учтены путем введения потенциала взаимодействия транс-молекул 1/(0,р). Из уравнений (1) с использованием метода возмущений и представив плотности распределения цис- и транс-изомеров (Л^. и N7) как сумму стационарных значений и малых нестационарных добавок

получены балансные уравнения для добавок к плотностям распределения изомеров, отвечающих за светоиндуцированные свойства среды.

В параграфе проведен вывод уравнений для коэффициентов разложения плотностей распределения транс- и цис-изомеров по полиномам Лежандра. Такое разложение использовалось для анализа перехода от балансных уравнений для плотностей распределения изомеров к уравнениям для светоиндуцированных показателей преломления среды. Рассмотрен частный случай аморфного полимера (параметр ориентационного порядка = 0). Вследствие закона сохранения полного

числа частиц и условия

О™ » о? система для коэффициентов Лежандра содержит только коэффициенты разложения транс-изомеров. Показано, что показатель преломления полимера выражается только через нулевой, второй и второй присоединенный коэффициенты Лежандра. Симметрия рассматриваемой • задачи приводит к тому, что полиномы нечетных порядков не входят в разложение.

В параграфе 13 проведен вывод уравнений для светоиндуцированных показателей преломления ЖК и аморфного полимера. Показано, что восприимчивости изомеров, а следовательно и светоиндуцированные добавки к показателю преломления по главным направлениям, выражаются через коэффициенты разложения по полиномам Лежандра транс-изомеров. В случае ЖК полимера получена система из трех связанных

уравнений для добавок к показателю преломления, демонстрирующих светоиндуцированную анизотропию показателя преломления полимера:

=ки &п"+++КА>)

ш

■ = К21Ап" + КпЬп{ + КаАп$ + М2/(*), (2)

ш

= Ди* + + КггАп$ + М3/(1)

Л

где - вклады в показатель преломления в направлениях параллельном и

перпендикулярных поляризации падающего излучения (по трем главным светоиндуцированным оптическим осям), коэффициенты выражаются через

материальные параметры полимера. В связи с тем, что в случае аморфного полимера Ал,1 = Д«2, (2) преобразуется в систему двух уравнений. В предельном случае пренебрежимо малой анизотропии полученные уравнения сводятся к известному феноменологическому уравнению первого порядка по времени.

ВТОРАЯ ГЛАВА работы посвящена теоретическому анализу энергообмена когерентных световых пучков, взаимодействующих в пленке азосодержащего гребнеобразного ЖК полимера. Проведен вывод связанных уравнений для интенсивностей и фаз световых пучков в случае симметричного и несимметричного падения. В силу того, что в задачах адаптивной интерферометрии сигнальный пучок обычно много слабее опорного, при изучении энергообмена использовалось приближение малого контраста интерференционной картины. Разность углов падения пучков считалась малой, что позволило, представляя сигнальный пучок в виде разложения в пространственный спектр, пренебречь взаимодействием спектральных компонентов друг с другом. Такой подход дает возможность изучать эффекты, связанные с преобразованием слабо искаженного волнового фронта сигнального пучка при прохождении полимерной пленки. Рассмотрены основные режимы энергообмена с использованием как феноменологической, так и микроскопической моделей среды. Получены частотные зависимости интенсивности сигнального пучка на выходе пленки в случаях симметричного и несимметричного падения световых пучков.

В параграфе 2.1 рассмотрен принцип двухволнового взаимодействия световых пучков в полимере (рис.1).

X

Рис 1 Схема двухволнового взаимодействия когерентных световых

пучков в пленке азосодержащего фоточувствительного полимера.

Два пучка - сигнальный (5) и опорный (К) в общем случае несимметричного падения сходились под углами к нормали к плоскости полимера, образуя в

полимерной пленке интерференционную картину. Ёк£, и - напряженности электрического поля, интенсивности и волновые вектора опорной и сигнальной волн соответственно, причем 1Х»15. Волновые фронты интерферирующих пучков считались малоотличающимися от плоских, а их поляризации одинаковыми и перпендикулярными к плоскости падения XI (пучки s - поляризованы). В силу того, что толщина полимерной пленки (50 мкм) много меньше толщины стеклянных подложек, между которыми она заключена (4 мм), отраженное от стеклянных пластин излучение не влияло на характер взаимодействия пучков. Проведено сравнение энергообмена в случае микроскопической и феноменологической моделей азосодержащего полимера.

В параграфе 23. проведен вывод укороченных уравнений' энергообмена световых пучков при их симметричном падении на произвольную нелинейную среду.

Считалось, что пересекаясь в среде, световые пучки образуют интерференционную картину вида:

/ = /0 (1 + я сов(Яс + ?>(/)+£(*))), (3)

где I0= IK+ Is- полная интенсивность света в текущем слое (в пределах рассматриваемого слоя [z,z + dz] /„ = const), т = 2^1 RIS /(/я +IS) - контраст интерференционной картины, £ = <pso — <ps<1 - фазовый сдвиг световых пучков (положим ¿¡ = 0 при 2 = 0), K = \kK-ks\- модуль волнового вектора решетки. В случае

симметричного падения вектор лежит в плоскости полимерной пленки, в несимметричном случае он направлен под некоторым углом: К = \КХ,KZ}.

Уравнение для результирующей напряженности электрического поля световых волн в выделенном слое полимера имеет вид:

+ = (4)

Здесь, Л0=2яи/Л - волновое число, а п - средний (невозмущенный) показатель

преломления, Vz - оператор Лапласа. Уравнепие (4) является нелинейным уравнением, так как решетка светоиндуцированного показателя преломления An сама зависит от интенсивности /0. Поэтому (4) совместно с уравнением, описывающим возникновение под действием света добавки к показателю преломления, полностью характеризуют процессы взаимодействия световых волн в слое фотохромного полимера.

Будем считать, что в полимере формируется гармоническая решетка показателя преломления:

ди = й|дл(0' + i/^A«a)[exp(i(Ajc + <p(t) + tj(z))) + *r.j, (5)

где - стационарная добавка к показателю преломления,

добавка, вызванная модуляцией интенсивности.

Из (4) с учетом (3) и (5) получаем, что уравнения для интенсивностей взаимодействующих волн и их разности фаз в общем случае имеют вид:

Величины р и Т] - соответственно амплитуда и фаза решетки показателя преломления, которые могут быть вычислены из материальных уравнений среды. Из (6) с использованием приближения малого контраста интерференционной картины «1Х) получены упрощенные уравнения энергообмена.

В параграфе 23 получена система уравнений для энергообмена пучков при их несимметричном падении на нелинейную среду. Использовалась схема двухволнового взаимодействия, представленная на рис.1 и считалось, что разность углов падения мала по сравнению с величиной самих углов.

В несимметричном случае вектор К не лежит в плоскости пленки полимера, поэтому распределение интенсивности светового поля / зависит также от координаты I и имеет вид:

1 еа ха

I = /„ (1 +-т ■ ехрОСЛГаиф*+К зт(у ++£(2)))+кг.). (7)

Решетка интенсивности вида (7) наводит в среде решетку показателя преломления:

Ал = п(Апт + ^ /п| Дп(|) | ехр(г(К соз(у)х+К )г+?(')+ К*))) + (8)

В этом случае система уравнений энергообмена имеет вид: аг /0

& /0 аг /„

Видно, что отличие (9) от системы (6) состоит в наличии в уравнении для разности фаз в (6) дополнительного члена, характеризующего сдвиг фаз, обусловленный геометрией эксперимента. Коэффициент В^ пропорционален стационарному значению показателя преломления в полимере, поэтому не вносит вклад в энергообмен. При сравнении систем укороченных уравнений (6) и (9) показано, что учет малого угла расстройки при несимметричном падении не влияет на характер энергообмена в среде, а вносит лишь дополнительный сдвиг фаз.

В параграфе 2.4 рассмотрена феноменологическая модель для описания светоиндуцированной решетки показателя преломления, которая обычно используется для описания оптических характеристик органических сред. В случаях симметричного и несимметричного падения световых пучков получены уравнения для светоиндуцированного показателя преломления в установившемся и переходном режимах записи.

В параграфе 2.5 рассматривается энергообмен световых пучков при симметричном падении с учетом уравнений для показателя преломления полимера, полученных из микроскопической модели в главе 1. Для получения аналитического решения системы уравнений для показателя преломления применен спектральный подход. Получены зависимости интенсивности сигнального пучка на выходе пленки от разности частот взаимодействующих пучков в установившемся режиме для феноменологической и микроскопической моделей среды.

В параграфе 2.6 рассмотрен случай несимметричного падения световых пучков на пленку азополимера. Построены зависимости коэффициента двухволнового усиления интенсивностей разнонаклоненных компонентов при использовании феноменологической модели формирования решетки показателя преломления. Из этих зависимостей видно, что на некоторой частоте рад/сек) существует область

наиболее эффективного энергообмена. Проведенный теоретический анализ энергообмена разнонаклоненных световых пучков в пленке азополимера показал, что сдвиг частот между сигнальным и опорным пучками при учете слагаемых, описывающих пространственную диффузию в уравнении для светоиндуцированного показателя преломления, приводит к появлению зависимости интенсивности и фазы сигнального пучка на выходе полимерной пленки от разности углов наклона взаимодействующих пучков и от разности частот пучков. Этот эффект в случае сигнального пучка с искаженным волновым фронтом приводит к превращению фазовых

неоднородностей в сигнальном пучке в амплитудные и амплитудных в фазовые и может быть использован при изучении взаимодействия пучков с неплоскими волновыми фронтами. При преобразовании фазовой модуляции в амплитудную характерная длина преобразования существенно меньше (десятки микрометров), чем для преобразования амплитудной модуляции в фазовую (несколько сантиметров). Поэтому ожидается, что в отличие от преобразования фазовой модуляции в амплитудную при типичных параметрах азополимера в пленках толщиной 50 мкм эффект преобразования амплитудной модуляции в фазовую экспериментально наблюдаться не будет.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ представлены результаты численных расчетов, проведенных на основе аналитических формул и систем уравнений, полученных в первой и второй главах. Проанализирована возможность пренебрежения полиномами Лежандра выше второго порядка при разложении в ряд плотностей распределения изомеров азокрасителя. Рассмотрено поведение коэффициентов Лежандра и показателей преломления в переходном процессе при модуляции интенсивности света. Построены частотные зависимости коэффициентов Лежандра, а также светоиндуцированных показателей преломления для разных значений параметра ориентационного порядка.

В параграфе 3.1 проведен численный анализ возможности пренебрежения высшими полиномами при разложении плотностей распределения изомеров азокрасителей в ряд по полиномам Лежандра. Показано, что влиянием высших коэффициентов Лежандра на нулевой, второй и второй присоединенный можно пренебречь только в нестационарном процессе на временах, сравнимых с характерным временем установления процесса. С помощью численных расчетов показано, что для описания стационарного процесса, а также нестационарного на временах, больших времени установления, необходимо удерживать достаточно большое количество коэффициентов, причем это количество различно в зависимости от материальных параметров среды.

В параграфе 3.2 проведено моделирование переходного процесса с учетом коэффициентов четвертого порядка с целью рассмотрения более широкого диапазона времен, чем в предыдущем параграфе, и изучения возможности пренебрежения высшими членами разложения для полимеров с ЖК свойствами. Для скачкообразного изменения интенсивности построены кривые установления коэффициентов

Д0(/'), 02(1'\ яД'')» и а4з('')> - безразмерное время. Из этих

зависимостей видно, что в нестационарном процессе время установления

коэффициентов четвертого порядка больше, а их значения меньше, чем нулевого и второго. Таким образом, влияние коэффициентов 4-го порядка на низшие уменьшается с уменьшением интервала времени, на котором происходит установление. Построены зависимости светоиндуцированных показателей преломления от времени без учета модуляции.

В параграфе 3.3 рассмотрен процесс установления с учетом гармонической модуляции интенсивности. Показано, что глубина модуляции коэффициентов Лежандра уменьшается с ростом их порядкового номера. Сильнее всего она влияет на нулевой, малое влияние модуляции на высшие коэффициенты является дополнительным доводом в пользу пренебрежения ими. Показано, что модуляция интенсивности приводит к модуляции показателей преломления.

В параграфе 3.4 рассмотрен спектральный подход к решению уравнений для коэффициентов Лежандра, полученных в первой главе. В общем случае система для коэффициентов Лежандра решается численно, однако в случае гармонической модуляции интенсивности с частотой О она может быть решена аналитически. Находя аналитические решения для отдельных гармоник и пренебрегая взаимодействием между отдельными гармониками, можно получить аналитическое решение для произвольной малой модуляции интенсивности. Получены частотные зависимости мнимых и действительных частей, а также амплитуд и фаз коэффициентов Лежандра. Показано, что параметр порядка существенно влияет на характер поведения этих зависимостей.

В параграфе 3.5 рассмотрен спектральный подход к решению уравнений для светоиндуцированных показателей преломления с использованием феноменологической и микроскопической моделей полимера. Получены частотные зависимости амплитуд, фаз, мнимых и действительных частей показателя преломления. Проведено сравнение характеристик и показано, что при определенных параметрах феноменологической модели для показателя преломления ее решение в частотном представлении достаточно хорошо согласуется с решением для показателя преломления, параллельного направлению поляризации падающего излучения, полученного из микроскопичекой модели. Расчетные кривые позволили определить область параметров, в которой среда удовлетворительно описывается феноменологическим уравнением.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приведены результаты экспериментального изучения динамики двухволнового взаимодействия когерентных световых пучков в пленке азополимера. Описана экспериментальная установка, представляющая собой адаптивный интерферометр с пленкой азополимера в качестве смесителя световых

пучков. Продемонстрирована возможность интерферометра визуализировать более быстрые по сравнению с характерным временем релаксации среды фазовые возмущения в одном из плеч. Показано, что скорость и эффективность энергообмена световых пучков в азополимере зависят от внешних условий, таких как температура, отношение интенсивностей взаимодействующих пучков, плотность мощности излучения. Экспериментально изучен отклик интерферометра на временную модуляцию фазы в одном из пучков, а также динамика энергообмена в переходном режиме при включении (выключении) одного из пучков. Показано, что пространственная фазовая модуляция сигнального пучка преобразуется в амплитудную модуляцию опорного.

В параграфе 4.1 описана схема экспериментальной установки (адаптивного интерферометра), представленная на рис.2.

Рис.2 Схема адаптивного интерферометра с пленкой азосодержащего полимера.

Для проведения экспериментов использовалось излучение второй гармоники К4<7."ЛИ лазера (Я = 532нм) (1), которое после прохождения поворотного зеркала (3) попадало на делительный кубик (4) с коэффициентом деления 1/10. Отраженные зеркалами (5) и (6) световые пучки сходились под углом в = 15" в воздухе и пересекались в плоскости полимерного образца (смесителя световых пучков) (11), образуя интерференционную картину. В тракт одного из пучков для обеспечения

фазовой модуляции был помещен электрооптический модулятор (ЭОМ) (8). Изменение оптического пути сигнального пучка за счет внесения модулятора компенсировалось стеклянной пластиной (7). Пучки имели одинаковую линейную б - поляризацию. Деполяризация излучения, проходящего через модулятор, устранялась с помощью поляризатора (9). Нагрев полимера осуществлялся с помощью блока термостабилизации (13), а его ориентация - с помощью генератора (17). Управление ЭОМ осуществлялось при помощи звукового генератора (16) и высоковольтного усилителя (15). В зависимости от постановки эксперимента, прошедшее через пленку излучение регистрировалось фотодиодом или ПЗС камерой (12), которые могли быть помещены в любой из пучков. Сбор и анализ данных проводился с помощью персонального компьютера (14), оснащенного платой АЦП/ЦАП преобразователя. В параграфе приведены основные технические характеристики элементов экспериментальной установки.

В параграфе 4.2 описаны калибровочные эксперименты, проведенные для изучения работы различных узлов экспериментальной установки. Собрана экспериментальная установка, в которой в качестве смесителя световых пучков использовалась статическая амплитудная голограмма, записанная на фотопластине. Угол схождения пучков составлял 90°. В качестве источника излучения использовался Не-№е лазер ЛГН-207А (Д=0.63 мкм, мощность =1мВт). Измерены статическая, динамическая и амплитудно-частотная характеристики интерферометра, проведена калибровка фотодетектора.

В параграфе 43 представлены результаты экспериментов по изучению переходных процессов в адаптивном интерферометре с пленкой азосодержащего полимера. Эксперименты проводились на установке, представленной на рис.2. Изучалось явление энергообмена при временной фазовой модуляции одного из пучков интерферометра, а также в ходе переходного процесса при включении - выключении одного из взаимодействующих световых пучков. Показано, что такие внешние условия как температура, плотность мощности излучения, отношение интенсивностей пучков сильно влияют на скорость и эффективность энергообмена. С помощью ПЗС-камеры получены распределения интенсивности в тракте опорного и сигнального пучков при перекрытии одного из них для различных моментов времени после выключения.

В параграфе 4.4 описаны эксперименты по наблюдению превращения фазовой модуляции сигнального пучка на входе полимерной пленки в амплитудную модуляцию обоих пучков на выходе. Для внесения регулярных пространственных фазовых

искажений была использована линза (+1.5 дптр). Нерегулярные искажения обеспечивались травленой фазовой пластиной (масштаб неоднородностей составлял примерно 1 мм). Показано, что распределение интенсивности в тракте сигнального пучка сразу после его перекрытия (дифракция опорного пучка по направлению сигнального) сильно коррелирует с распределением интенсивности в искаженном сигнальном пучке. На рис.3 приведено распределение интенсивности в тракте сигнального пучка с искаженным волновым фронтом, (а), (в) — распределение интенсивности в сигнальном пучке со случайными фазовыми искажениями в различных точках пластины, (б), (г) - в опорном пучке, дифрагировавшем по направлению сигнального.

Рис.3 Распределение интенсивности в тракте сигнального пучка.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. Выведена система связанных уравнений для светоиндуцированных вкладов в показатель преломления азосодержащего полимера с ЖК свойствами из балансных уравнений для плотностей распределения транс- и цис-изомеров азокрасителей, которая позволила описать светоиндуцированную анизотропию среды и получить уравнения для

трех различных вкладов в показатель преломления, соответствующих трем главным направлениям. Полученная система уравнений в предельном случае пренебрежимо малой анизотропии сводится к известному феноменологическому уравнению.

2. Изучены типичные режимы энергообмена в азосодержащем фоточувствительном полимере, такие как взаимодействие световых волн, сдвинутых по частоте, переходной процесс при включении-выключении пучков, частотная модуляция одного из пучков. Теоретический анализ проведен с использованием как феноменологической, так и микроскопической моделей среды для случаев симметричного и несимметричного падения взаимодействующих пучков. В последнем случае разность углов падения пучков много меньше каждого из углов.

3. Теоретически показано, что при анализе переходных процессов методом разложения функции распределения частиц в ряд по полиномам Лежандра допустимо пренебрежение полиномами порядка выше второго.

4. Показано, что параметр ориентационного порядка для азосодержащего ЖК полимера сильно влияет на частотные зависимости светоиндуцированных показателей преломления и на характер анизотропии среды. Исследованы изменения параметра порядка в рамках диапазона, допускаемого используемой моделью.

5. Экспериментально продемонстрирована возможность визуализации фазовых возмущений с характерным временем, меньшим времени релаксации среды в адаптивном интерферометре с пленкой азополимера. При температурах в диапазоне 75+90°С, длине волны источника когерентного излучения Х=0.532 мкм, плотности мощности излучения =125 мВт/см2, толщине пленки 50 мкм, угле схождения пучков 15° (в воздухе) диапазон детектируемых частот составил единицы герц.

6. Экспериментально показано, что такие параметры, как температура среды, отношение интенсивностей взаимодействующих пучков, плотность мощности излучения сильно влияют на скорость и эффективность энергообмена в переходном режиме (включение-выключение одного из пучков) и при временной модуляции фазы одного из взаимодействующих пучков. Эксперименты проведены на длине волны Х=0.532 мкм.

7. Показано, что в пленках азосодержащего фоточувствительного полимера с ЖК свойствами пространственная фазовая модуляция входящего светового пучка преобразуется в амплитудную модуляцию выходящего и наоборот. Амплитудная модуляция преобразуется в фазовую на длине в несколько сантиметров, в то время как

преобразование фазовой модуляции в амплитудную происходит на длине в десятки микрометров.

Публикации

1. Андреева М.С., Симонов А.Н., Шмальгаузен В.И., Шибаев В.П. Динамика двухволнового взаимодействия в пленке азосодержащего фоточувствительного жидкокристаллического полимера//Кв антовая электроника, Т.31, №7, сс.599-603, (2001)

2. Андреева М.С., Шмальгаузен В.И. Энергообмен в пленке фоточувствительного азосодержащего полимера при двухволновом взаимодействии разнонаклоненных световых пучков//Известия РАН, серия Физическая, Т.66, №8, сс. 1145-1148, (2002)

3. Андреева М.С., Шмальгаузен В.Я Энергообмен когерентных световых пучков в азосодержащем фоточувствительном полимере// Вестник Московского университета, Сер.З. Физика. Астрономия, №1, сс.29-32 (2003)

4. Andreeva M.S., Simonov A.N., Shmal'gauzen V.I. Two-wave coupling in azo-containing photosensitive polymers with liquid crystal properties// SPIE Proceedings, V.4750, pp.247255, (2001)

5. Андреева М.С., Шмальгаузен В.И. Светоиндуцированная анизотропия показателя преломления азосодержащего полимера с жидкокристаллическими свойствами// Квантовая электроника, Т.34, №1,сс.37-40, (2004)

6. Андреева М.С., Симонов А.Н., Шмальгаузен В.И. Динамика процессов двухволнового взаимодействия в пленках азосодержащих фоточувствительных полимеров с ЖК свойствами// Международная конференция «Оптика'99», (Санкт-Петербург, Россия, 1999)

7. Андреева М.С. Поляризационное управление динамикой энергообмена в пленке фоточувствительного азо-содержащего полимера сЖКсвойствами//Международная научная молодежная школа «0птика'2000», (Санкт-Петербург, Россия, 2000)

8. Андреева М.С., Симонов А.Н., Шмальгаузен В.И. Динамика двухволнового взаимодействия в пленке фоточувствительного азосодержащего ЖК полимера// Международная конференция "Ломоносов'2001", (Москва, Россия, 2001)

9. Andreeva M.S., Simonov A.N., Shmal'gauzen V.I. Two-wave coupling in azo-containing photosensitivepolymers with liquidcrystalproperties//XVII Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике (КиН0'2001), (Москва, Россия, 2001)

10. Андреева М.С., Симонов А.Н. Энергообмен в пленке азосодержащего ЖК полимера при двухволновом взаимодействии разнонаклоненных пучков// II Международная

конференция молодых ученых и специалистов «0птика-2002», (Санкт-Петербург, Россия,2002)

11.Andreeva M.S., Shmal'gauzen V.I. Nonlinear two-beam coupling in azo-containing polymer with liquid crystalline properties// "International Conference on Lasers, Applications and Technologies" (LAT2002), (Minsk, Russia, 2002)

12. Андреева M.C., Шмальгаузен В.И. Светоиндуцированная анизотропия показателя преломления азосодержащего полимера с ЖК свойствами// III Международная конференция молодых ученых и специалистов «0птика-2003», (Санкт-Петербург, Россия,2003)

ООП МГУ. Заказ 54-100-04

Ш-7 О 13

Введение.

Глава 1 вывод уравнений для показателя преломления из балансных уравнений для плотностей распределения изомеров азокрасителей.

1. Балансные уравнения для плотностей распределения транс- и цис- изомеров азокрасителя.

2. Вывод уравнений для коэффициентов разложения плотностей распределения транс- и цис- изомеров по полиномам Лежандра.

3. Вывод уравнений для светоиндуцированных показателей преломления ЖК и аморфного полимера.

Глава 2 динамика энергообмена взаимодействующих в пленке фоточувствительного полимера когерентных световых пучков.

1. Энергообмен взаимодействующих в полимерной пленке световых пучков.

2. Вывод уравнений энергообмена при симметричном падении световых пучков.

3. Уравнения энергообмена при несимметричном падении.

4. Феноменологическая модель светоиндуцированной решетки показателя преломления.

5. Энергообмен световых пучков при симметричном падении.

6. Несимметричное падение световых пучков.

Глава 3 численное моделирование динамики показателей преломления.

1. Анализ возможности пренебрежения высшими полиномами Лежандра.

2. Моделирование переходного процесса.

3. Учет модуляции интенсивности в переходном процессе.

4. Спектральный подход к решению уравнений для коэффициентов Лежандра.

5. Спектральный подход к решению уравнений для светоиндуцированных показателей преломления.

Глава 4 эксперименты с фоточувствительным полимером, сравнение с теорией.

1. Описание экспериментальной установки.

2. Калибровочные эксперименты.

3. Переходные процессы в интерферометре.

4. Измерение пространственного распределения интенсивности.

Задача двухволнового взаимодействия световых пучков в нелинейной среде изучается различными научными группами достаточно давно и подробно исследована. Тем не менее, появление новых нелинейно-оптических материалов и возможности новых приложений явления энергообмена световых пучков стимулирует продолжение исследований в этой области. В зависимости от материала, в котором происходит энергообмен, характер двухволнового взаимодействия может быть существенно различным. С появлением полимерных нелинейно-оптических материалов вновь встает задача изучения энергообмена световых пучков с учетом свойств конкретной среды. Явление энергообмена может иметь различные приложения, в частности оно используется в задачах адаптивной интерферометрии, где применение полимерных фоточувствительных пленок открывает новые перспективы.

Потенциальные возможности интерференционных методов аналоговой регистрации малых изменений разности фаз световых пучков (микрофазометрии) характеризуются очень высокой пороговой чувствительностью обнаружения сигналов гармонической фазовой модуляции (10"9радВт1/2/Гц1/2), что обусловливает перспективность использования методов микрофазометрии в когерентных оптических информационных системах [1,2,3]. Чувствительность таких оптических измерительных систем ограничена дробовым шумом, связанным с фотонной природой света, дискретностью электрического заряда и т.д. В большинстве экспериментов чувствительность измерительных систем ограничивается техническими шумами, однако, в настоящее время существуют прецизионные эксперименты, в которых демонстрируется возможность с помощью специальных приемов технические шумы уменьшить до уровня дробовых. Наряду с чрезвычайно высокой чувствительностью практическая реализация этих оптических измерительных систем сталкивается с такими серьезными проблемами, как:

• потребность в прецизионном согласовании (с точностью до «Я/10) интерферирующих на фотодетекторе волновых фронтов;

• необходимость компенсации амплитудных флуктуаций лазерного источника;

• необходимость поддержания постоянного уровня средней фазы ср0 между двумя пучками (адаптивной локальной стабилизации рабочей точки оптического интерферометра).

Первые две проблемы представляют собой серьезный предмет для исследования в области адаптивной оптики, хотя и могут быть частично решены путем использования одномодовых гауссовых пучков, одномодовых оптических волокон и жестко закрепленных делителей пучков. Третья же проблема является фундаментальной. Например, в лазерных виброметрах расстояние до тестируемого объекта обычно не фиксировано и может изменяться во время измерений. В волоконно-оптических датчиках незначительные изменения давления и температуры окружения вызывают случайные фазовые сдвиги до 1 ООО радиан и даже выше. Спектр выходного электрического сигнала при таких условиях расширяется, что приводит к уменьшению чувствительности всей измерительной системы.

В классических оптических интерферометрах, благодаря специально разработанной конструкции, удается избежать необходимости дополнительной стабилизации рабочей точки. Однако такие приборы не могут работать в обычных лабораторных и производственных условиях, поэтому появилась необходимость создания нового типа интерферометров, которые могли бы стабильно работать в нормальных условиях. Обычно для осуществления стабилизации рабочей точки интерферометра используются электромеханические корректоры (в частности, гибкие зеркала) или многоканальные электронные системы фазовой автоподстройки [4,5]. Проблема приборов с электромеханическими корректорами состоит в том, что при расширении пространственно-временного спектра случайных флуктуаций фазы интерферирующих пучков эффективность их работы резко снижается, а сложность существенно возрастает. К тому же, использование гибких зеркал для коррекции фазы светового пучка, волновой фронт которого заранее не известен и изменяется во времени, представляет собой достаточно сложную задачу.

В связи с вышеобозначенными проблемами стало актуально применение чисто оптических методов пространственно-временной стабилизации рабочей точки интерферометра, основанных на явлении обращения волнового фронта (ОВФ). Впервые устройства ОВФ в реальном масштабе времени были реализованы в радиочастотном диапазоне и нашли широкое применение в радиолокации (активные и адаптивные антенны). Однако прямое перенесение этих методов в оптический диапазон оказалось затруднительно из-за малой длины волны излучения. Для ОВФ в оптике было предложено использовать отражательные голограммы, записанные в объемных фоточувствительных материалах [6,7], однако, такие методы не позволили получить ОВФ в реальном масштабе времени. Для решения задач интерферометрии интенсивно исследовались возможности ОВФ, основанные на нелинейных оптических процессах. Впервые ОВФ с использованием нелинейных явлений было исследовано при четырехволновом параметрическом взаимодействии в нелинейном кристалле [8,9], однако, в то время широкого распространения подобные устройства не получили. Аналогичная ситуация наблюдалась с явлением ОВФ при вынужденном рассеянии (BP и ВРМБ) [10,11]. Из-за высокого уровня мощности лазерного излучения, который требовался ОВФ системам, основанным на явлениях ВРМБ и ВКР, идея их применения в интерферометрии не нашла практического применения.

Лишь спустя некоторое время проблема ОВФ при четырехволновом взаимодействии в нелинейных средах вновь привлекла внимание исследователей. Появились низкопороговые ОВФ системы на основе фоторефрактивных кристаллов и полупроводников [12,13] и стало возможно экспериментально реализовать идеи создания так называемых адаптивных интерферометров [14,15]. Одна из таких идей, независимо предложенная в [5,12] и реализованная в [16-20], основана на использовании динамических голограмм в качестве смесителей пучков интерферометра.

На рис.1 приведена схема интерферометра Маха-Цендера, на которой кружком выделен узел, где происходит совмещение волновых фронтов когерентных световых пучков. Принцип интерферометрии состоит в том, что

Рисунок 1 Схема интерферометра Маха-Цендера. 1 - полупрозрачное зеркало, 2,4 — полностью отражающие зеркала, 3 - объект, изменяющий фазу сигнального пучка, 5 - узел, в котором осуществляется смешение световых пучков (полупрозрачная пластина в случае обычного интерферометра; нелинейный материал, в котором записывается динамическая голограмма в случае адаптивного интерферометра). интерференционная картина, образующаяся на выходе, изменяется при введении в объектный пучок фазовых искажений. В обычных интерферометрах совмещение световых пучков происходит на выходном полупрозрачном зеркале. Однако в таком случае интерференционная картина нерегулярным образом изменяется в связи с наличием различного рода паразитных фазовых искажений, что представляет помеху при наблюдении полезного эффекта. В адаптивных интерферометрах роль смесителя пучков играет динамическая голограмма, записывающаяся в нелинейном материале. Введение этого элемента в схему интерферометра позволяет стабилизировать его рабочую точку, и медленные по сравнению с характерным временем релаксации динамической голограммы случайные изменения фазы в одном из плеч интерферометра не приводят к изменению интерференционной картины. В качестве смесителей световых пучков могут быть использованы как амплитудные, так и фазовые голограммы. Однако для задач адаптивной интерферометрии чаще используются фазовые голограммы в связи с тем, что потери энергии на таких голограммах существенно ниже, чем на амплитудных. Эффективность компенсации случайных нестабильностей фазы зависит от динамики формирования решетки показателя преломления в нестационарной голограмме, что, в свою очередь, определяется характеристиками нелинейного материала.

В адаптивной интерферометрии могут быть рассмотрены три типичных случая: 1 - решетка показателя преломления в нелинейной среде записывается за время, меньшее характерного времени изменения интерференционной картины (голограмма успевает отслеживать изменение распределения интенсивности); 2 -записывается за большее время (решетку можно считать неподвижной, а интерференционная картина смещается); 3 - время записи решетки сравнимо с характерным временем изменения распределения интенсивности. В первом режиме не происходит перераспределения интенсивности, связанного со сдвигом голографической решетки по отношению к интерференционной картине (нелокальность отклика). Второй режим аналогичен случаю обычного интерферометра со стационарной решеткой, соответствующей усредненной интерференционной картине. Такие задачи как переходной режим при включении (выключении) пучка или скачкообразное изменение фазы в одном из пучков относятся к третьему случаю, и требуют более глубокого анализа взаимодействия световых волн в нелинейной среде.

Во многих работах по динамической голографии исследовались фазовые решетки в средах, показатель преломления которых изменялся пропорционально интенсивности светового поля [8,21,22]. При этом основным результатом действия динамической голограммы считалось преобразование исходных световых пучков в пучки высших дифракционных порядков.

Значительно меньше внимания обращалось на явление перераспределения энергии между сигнальным и опорным пучками - явление энергообмена, которое представляет особенный интерес для задач адаптивной интерферометрии. Интерференционная картина при взаимодействии двух когерентных световых пучков воспроизводится в среде в виде голографической решетки, на которой пучки перерассеиваются друг в друга, обмениваясь энергией. Это явление было включено в рассмотрение лишь в работе [23] в связи с рассмотрением вопроса о формировании объемных фазовых решеток к кристаллах LiNb03. Основываясь на теории Когельника [7] и полученных экспериментальных данных, авторы пришли к выводу, что обмен энергией между взаимодействующими пучками, наблюдаемый при записи голограмм в этих кристаллах, связан со сдвигом голографической фазовой решетки по отношению к формирующей ее интерференционной картине (нелокальность фотоотклика среды). Направление и эффективность энергообмена когерентных пучков зависят от соотношения их интенсивностей [24,25], наличия спекл-структуры [26-29], частотно-контрастной характеристики среды [26-28,30] и геометрии взаимодействия [28]. В работе [31] теоретически исследована эффективность нестационарной перекачки энергии с одновременным учетом всех этих факторов и впервые экспериментально изучено влияние геометрии взаимодействия на энергообмен.

Для сред с нелокальным откликом на световое воздействие существует постоянное рассогласование светоиндуцированной решетки показателя преломления и решетки интенсивности [23,25], в то время как для сред с локальным откликом, нелокальность проявляется в переходных режимах, а также при сдвиге частоты одного из пучков [32,33,34], что предпочтительно для задач адаптивной интерферометрии.

Принцип адаптивной интерферометрии состоит в том, что обусловленные высокочастотным информационным сигналом фазовой модуляции быстрые смещения интерференционной картины относительно записанной голографической решетки проявляются в явлении энергообмена между пучками на выходе из среды. Эти колебания интенсивностей выходных пучков и являются преобразованным информационным сигналом. В то же время, вследствие инерционности фотоотклика фоточувствительная среда, в которой формируется динамическая голограмма, успевает адаптироваться только к медленным по сравнению с характерным временем среды изменениям распределения интенсивности света в интерференционной картине, образованной взаимодействующими пучками. Таким образом, низкочастотные помехи не дают вклада в энергообмен, что обеспечивает их адаптивную фильтрацию в выходном сигнале. Положение рабочей точки оптического интерферометра, определяющее эффективность преобразования спектральных компонентов сигнала фазовой модуляции, зависит от пространственного рассогласования усредненной интерференционной картины и записанной в среде динамической голограммы, т.е. нелокальности фотоотклика среды.

В работе [35] предпринята попытка теоретически исследовать процесс записи простейших динамических голограмм в средах различных типов. Показано, что при выполнении определенных условий энергия одного из падающих на голограмму пучков может быть перекачана в другой пучок независимо от первоначального соотношения их интенсивностей. Это свойство динамических голограмм открывает возможность эффективного управления пространственно-временными характеристиками световых пучков при помощи пучков значительно меньшей интенсивности и создает предпосылки для решения одной из наиболее важных задач динамической голографии - коррекции нестационарных волновых фронтов в реальном времени.

В основе метода преобразования сигнала оптической фазовой модуляции лежит взаимодействие фазомодулированных световых пучков в нелинейной фоточувствительной среде. На практике для каждой конкретной задачи необходим оптимальный выбор фоточувствительной среды и режимов голографической записи. Решающую роль при выборе нелинейной среды играет величина светоиндуцированной добавки к показателю преломления, времена отклика и чувствительность среды. Как показано в [34], энергообмен световых пучков при их взаимодействии с фазовой решеткой в фоторефрактивной среде может быть использован для определения параметров вибраций объектов. Этот метод, помимо известных преимуществ голографических схем, обладает существенным достоинством, связанным с возможностью адаптации к паразитным низкочастотным колебаниям объекта и оптическим искажениям на трассе распространения зондирующего пучка света.

На сегодняшний день фоторефрактивные кристаллы (ФРК) являются наиболее хорошо изученными средами для задач динамической голографии. Они обладают высокой чувствительностью, высокими значениями дифракционных эффективностей фазовых решеток, записываемых в них маломощными световыми пучками. Например, такой ФРК как ниобат лития с примесью железа (LiNbO^.Fe) [36-38] (толщина образцов составляет несколько миллиметров) имеет чувствительность S = 1 -s-10 см2/Дж, пространственное разрешение /?«104 лин/мм, дифракционную эффективность rj, близкую к 100%, время хранения информации при Т = 240° С составляет t = 0.1 сек. Для титаната бария с примесью железа (BaTiO^.Fe) [38-40] значения вышеперечисленных параметров 5»102см2/Дж, /г«103 лин/мм, Tj до 100%, / = 0.1ч- 1с (при 7 = 273°С). Другим примером может служить арсенид галлия с примесью хрома (GaAsr.Cr) [41-43], для которого 5>104см2/Дж, Я«103 лин/мм, ^«1%, * = 10"4с(при Т = 273°С). Однако следует отметить, что ФРК имеют ряд существенных для широкого применения недостатков таких, как сложность и дороговизна выращивания высококачественных монокристаллических образцов ФРК, проблематичность получения кристаллов с большой апертурой, высокие требования к их юстировке для достижения эффективного взаимодействия. Кроме того, такие полупроводящие кристаллы как GaAs имеют область рабочих частот в инфракрасной области спектра. В работе [44] показано, что применение для целей виброметрии высокоэффективных фоторефрактивных кристаллов, таких как ниобат бария стронция возможно только при приложении вдоль оптической оси кристалла электрического поля, напряженность которого сильно зависит от пространственного периода фазовой решетки, отношения интенсивностей записывающих пучков и других факторов.

До сих пор продолжается поиск новых фоточувствительных сред, обладающих более подходящими для задач адаптивной интерферометрии характеристиками. На сегодняшний день для оптических систем обработки и хранения информации наиболее перспективными считаются нелинейно-оптические органические среды [45,46]. Среди таких соединений выделяются фоточувствительные материалы на основе бактериородопсина и его аналогов, фоторефрактивные полимеры, смесевые фоточувствительные материалы на основе полимерных пленок с красителями, фоточувствительные материалы с химически связанными молекулами красителя. Фоторефрактивными органическими материалами обычно называют среды с нелокальным откликом на световое воздействие, фотохромными - с локальным откликом. В фоторефрактивных материалах под действием света меняется показатель преломления; в фотохромных - поглощение образца, а также показатель преломления на крыле линии поглощения.

Органический материал бактериородопсин [47-51] вполне конкурентоспособен среди традиционных фоточувствительных сред в области интерферометрии фазомодулированных пучков. Бактериородопсин, обнаруженный в 1971 году в некоторых солелюбивых бактериях, относится к семейству Halobacteria, среди которых наиболее исследованы бактерии вида H.halobium. Наиболее распространенными биологическими преобразователями света являются хлорофиллы растений, водорослей и бактерий, а также родопсины животных и бактерий [52]. Нелинейно-оптические свойства бактериородопсина обусловлены способностью химически связанного с белком (опсином) хромофора ретиналя (витамина А) участвовать в обратимой реакции транс-цис-изомеризации. Уступая фоторефрактивным кристаллам в голографической чувствительности (S«102 см2/Дж), твердые пленки или жидкие растворы бактериородопсина имеют достаточно малые времена фотоотклика (10"3-1с), разрешение /?«103 лин/мм, дифракционную эффективность Т] & 10%, они просты в изготовлении и удобны в работе. Однако, наряду с преимуществами перед ФРК, они имеют ряд существенных для приложений недостатков, таких как нестойкость к нагреву (молекула бактериородопсина разрушается при нагреве до температур порядка 60-М00"С) и небольшой срок использования образцов (до нескольких недель).

Запись дифракционной решетки в ячейках с гомеотропно ориентированным жидким кристаллом (ЖК) пентил-цианобифенилом (5СВ), а также 5СВ с примесью фуллерена Сбо (0.1-0.5 весовых %) рассмотрена в работе [53]. Для подтверждения того, что записанные решетки имеют ту же природу, что и описанные в [54], авторами исследовалось двухволновое взаимодействие пучков Аг+-лазера (интенсивность в зоне перекрытия пучков составляла менее 3 Вт/см ) в пленках 5СВ толщиной 12,5 - 2,5 мкм. Была предусмотрена возможность приложения постоянного и переменного электрических полей к образцу. Анализируя динамику энергообмена в пленке, авторы заключили, что в среде наводится фоторефрактивная решетка, а коэффициент усиления при энергообмене составляет Г = 520 см'1, что типично для ЖК систем [54]. Проведенные эксперименты показали, что фоторефрактивный эффект в жидком кристалле 5СВ обусловлен поверхностным зарядом и объемными токами, что было учтено в построенной теоретической модели.

Обращение волнового фронта (ОВФ) в жидком кристалле 5СВ и пленках полистирена с примесью азокрасителей изучалось в работе [55] (авторы работали с непрерывным источником лазерного излучения) и [56] (использовался импульсный источник). На сегодняшний день взаимодействие молекул красителя с матрицей ЖК является предметом изучения многих научных групп [57-63]. Большой интерес привлекает лазерно-индуцированная переориентация директора ЖК матрицы в присутствие поглощающих молекул красителя [58,64]. Оптический вращающий момент, индуцированный электромагнитным полем в ЖК может увеличиваться (на два порядка), уменьшаться или изменять знак в зависимости от вида красителя, добавленного в ЖК матрицу. Молекулярные модели, описывающие этот эффект, учитывают изменение потенциала взаимодействия молекул красителя с ЖК матрицей до и после облучения светом [65,66]. Некоторые эксперименты [58,59,67] согласуются с феноменологическими объяснениями, данными Яносси [66], который предположил, что индуцированный красителем вращающий момент пропорционален усредненному по времени оптическому моменту. Коэффициент пропорциональности, в свою очередь, зависит от концентрации красителей и молекулярной структуры красителя и ЖК. Угловая зависимость коэффициента усиления от направления распространения света в ЖК с примесью азокрасителя [68] объясняется тем, что транс- и i/ис-формы азосоединений могут рассматриваться как два различных красителя [67]. Другим интересным эффектом в результате транс-цис изомеризации азосоединений является изотермический фазовый переход [69,70]. Этот эффект наблюдается как для коротких лазерных импульсов, так и для непрерывного лазерного излучения. Согласно [70], временная спектроскопия поглощения показывает, что время транс-цис изомеризации ЖК азобензенов составляет 10 нсек. Z/wc-изомеры не имеют ЖК фазы вследствие их специфической геометрической формы. Если коротким лазерным импульсом изомеризовать большую часть азобензеновых молекул в нематической фазе, то ЖК фаза может исчезнуть за время цис-транс изомеризации.

В работах [58,71] для определенного выбора поляризации падающего света и директора нематического ЖК наблюдались гигантские значения оптических нелинейностей. Некоторые исследовательские группы обнаружили, что нематические ЖК с примесью красителя проявляют разные свойства, такие как переориентация, обусловленная поверхностными явлениями и связанная с транс-цис изомеризацией молекул азокрасителя [59] и фоторефрактивный эффект из-за модуляции пространственного заряда [72].

Исследования Ху показали, что смесь метилового красного (<1%) и красителя 5СВ обладает огромной чувствительностью [73]. Это явление было интерпретировано как сильный фоторефрактивный эффект, возникающий вследствие комбинации оптически индуцированного поля пространственного заряда и постоянного электрического поля. Другая возможная интерпретация дана Симони и сотрудниками [74], которые показали, что переориентация директора может быть следствием светоиндуцированных условий сцепления. Такое предположение также подтверждено исследованиями эффекта ионно-контролируемых сцепленных переходов в НЖК [75,76]. Таким образом, из работ, посвященных изучению нелинейности жидких кристаллов видно, что эти среды очень перспективны для голографических приложений, задач хранения, передачи и обработки информации.

Другими перспективными для различных приложений средами являются фоточувствительные полимерные материалы в связи с их высокой стойкостью к лазерному излучению, а также достаточно малыми временами отклика, управляемыми при помощи внешних воздействий.

Среди таких соединений широкое распространение получили смесевые композиции и среды с растворенными в полимерной матрице функциональными фрагментами (красителями и сенсибилизаторами). Такие системы изучаются довольно давно, начиная с классической работы Вейгерта и Накашимы [77], которые наблюдали оптическую анизотропию, наведенную поляризованным светом в твердых растворах красителей в желатине. Эксперименты по изучению нелинейно-оптического взаимодействия лазерного излучения с ароматическими углеводородами проводятся уже с 1960-х годов [78]. Однако систематические исследования нелинейно-оптических свойств органических соединений начали проводиться только спустя некоторое время, благодаря прогрессу в области химического синтеза материалов с заданными свойствами. Фотоиндуцированное двулучепреломление в пленках, полученных из растворов чистых красителей и смесей с разнообразными полимерами, исследовано в работе [79]. Серия работ [80-85] посвящена исследованию гребнеобразных полимеров - полиакрилатов, поливиниловых эфиров и других полимеров, содержащих длинные боковые алифатические разветвления в каждом мономерном звене. Полимеры (или сополимеры в случае, если функциональные группы имеют различный тип) удобны для различных технологических приложений благодаря таким их свойствам, как пластичность, способность образовывать тонкие пленки и волокна. В зависимости от вида функциональных фрагментов такие материалы обладают различными механизмами оптической нелинейности. Полимерные соединения относятся к соединениям типа "гость-хозяин" [85]. В таких соединениях матрица полимера играет роль "хозяина", в то время как внедренные или химически связанные функциональные фрагменты - роль "гостей".

Полимеры смесевого типа, имеют фоторефрактивный механизм нелинейности. Функциональные фрагменты в таких соединениях отвечают за образование, перенос и захват в ловушки носителей зарядов. Роль "хозяина" в таких соединениях может выполнять полимерная матрица или жидкий кристалл [86-88]. Фоторефрактивные полимеры имеют чувствительность S > 10см2/Дж, пространственное разрешение R « 220 лин/мм, дифракционную эффективность 77 «86%, время хранения информации составляет / = 1 -ИОс. Однако, недостатком использования фоторефрактивных полимеров является необходимость приложения к образцам электрического поля > 10 В/мкм (для нарушения центральной симметрии среды). Частично этот недостаток может быть преодолен при использовании в качестве примеси жидкого кристалла [87] (полимер превращается из фоторефрактивного в фотохромный). Однако при этом ухудшается чувствительность и пространственное разрешение материала.

Для изучения фотооптических процессов в качестве фотохромных красителей, переходящих из транс- в г/мс-форму под действием светового облучения, чаще всего используют разнообразные дихроичные красители, например азобензольные производные, спиропираны, спиоксазины, стильбены, фульгиды и др. [79,89]. Ароматические азокрасители наиболее часто применяются в качестве функциональных групп в полимерах. Z/мс-форма красителя недостаточно стабильна и медленно переходит в ходе тепловой релаксации, а также при облучении светом с Я > 470 нм в транс-форму. Максимум поглощения транс-формы приходится на Л, = 360 нм, цис -изомеров-на =460нм. Очень важный момент /м/?сшс-^ис-изомеризации - изменение формы молекулы азокрасителя, что сопровождается возникновением у нее значительного диполного момент /л = ЗЦ. Если молекулы красителя возбуждаются поляризованным светом, то они ориентируются таким образом, чтобы направление их оптического перехода стало перпендикулярным направлению электрического вектора падающего света [89]. Таким образом свет как бы производит отбор по ориентации - процесс фотоселекции [90]. Явление фотоселекции изучали в работах [91,92] на примере "твердых растворов" азобензольных красителей (метиловый оранжевый, метиловый красный) в пленках ПВС, ПММА и ПВА под действием лазерного облучения (Я = 488 нм).

Однако индуцированные светом дихроизм и двулучепреломление (которое было достаточно большим, порядка 10"3) сохранялось лишь ограниченное время и затем полностью исчезало. Несколько позже близкие явления наблюдали Вильяме с сотрудниками [93,94] на примере смесевых композиций ПММА с фотохромными фульгидами. Значительную фотоиндуцированную оптическую анизотропию (Ал = 0.2-0.3) наблюдали в пленках Ленгмюра-Блодже ряда азобензольных красителей [80].

Для смесевых соединений полимеров с красителями, представляющих

•у собой тонкие пленки с большими (>4см) рабочими апертурами, голографическая чувствительность составляла S = 0.26см2/Дж, пространственное разрешение - /? = 1500 лин/мм, дифракционная эффективность - rj < 80%, информация хранилась несколько месяцев.

Однако использование смесевых композиций полимеров с красителями в качестве материалов для записи информации имеет ряд существенных недостатков. Как правило, из-за плохой растворимости содержание красителя в полимерной матрице редко превышает 1-5 мол.%, введение более высоких концентраций фотохромных соединений ведет чаще всего к фазовому расслоению. Кроме того, такие смеси чрезвычайно чувствительны к температурным воздействиям. Изменение температуры способствует фазовому разделению. И, наконец, стабильность и цикличность работы подобных систем также весьма невелика. Процессы релаксации фотоиндуцированного дихроизма и двулучепреломления, определяемые диффузией низкомолекулярного фотохромного соединения, протекают достаточно быстро, что ведет к существенному изменению указанных оптических характеристик.

По ряду параметров вышеупомянутые соединения недостаточно удовлетворяют требованиям информационных технологий, поэтому появление материалов с улучшенными характеристиками позволит преодолеть существующие трудности. К числу таких реверсивных сред относятся системы, содержащие фотохромные молекулы (или их фрагменты), химически связанные с макромолекулами [95-100].

По существу они представляют собой сополимеры, одним из компонентов которых является фотохромное мономерное звено. В этом случае в состав ЖК-полимеров удается вводить на порядок большую концентрацию красителя без разрушения мезофазы, а стабильность таких систем уже исчисляется годами [101].

Азо-содержащие материалы (материалы, в которых в качестве химически присоединенных к полимерной цепи функциональных фрагментов используются азобензольные красители) могут быть использованы в голографии и системах долговременного хранения информации, в интегральной оптике, для генерации оптических гармоник [102-105]. При нагреве образцов время хранения голограммы существенно уменьшается, что позволяет использовать их в динамической голографии [106]. Впервые возможность использования фотохромных ЖК-сополимеров для оптической записи информации была продемонстрирована в работах [107,108], в которых использовались пленки смектических и нематических ЖК-сополимеров, содержащих азобензольные фрагменты в качестве фотохромных групп. Фоточувствительный гребнеобразный полимер с присоединенными молекулами азо-красителя, синтезированный на химическом факультете МГУ в лаборатории профессора Шибаева В.П. [109,ПО], является предметом исследований лаборатории адаптивной оптики под руководством Шмальгаузена В.И.

Следует заметить, что чувствительность, разрешающая способность и дифракционная эффективность таких полимерных соединений сравнимы с таковыми для других материалов: S >20 см2/Дж (при нагреве образца), R > 1500 лин/мм, 7 > 80%, однако, их явными преимуществами перед другими средами являются длительное время хранения информации (до нескольких лет), возможность получения очень тонких пленочных образцов (до 400 нм), больших рабочих апертур (>6см2), а также - возможность эффективного управления оптическими и динамическими параметрами и большой динамический диапазон.

На эффективность протекающих в полимере процессов сильно влияют тип полимерной матрицы, вид функциональных компонентов [111], тип молекулярного окружения и внешние условия [112-115]. Приближенные теоретические модели, предложенные для описания динамики процессов в аморфных полимерах описаны в [111,116,117]. Однако в них не учитывалось влияние полимерной матрицы и ближайшего окружения. В [118] была предложена уточненная модель процессов в полимере с ЖК свойствами, однако, она слишком сложна для нахождения аналитического решения.

Таким образом, из сказанного можно заключить, что на сегодняшний день существует множество материалов, которые широко изучаются и используются в задачах динамической голографии и адаптивной интерферометрии.

Фоточувствительные реверсивные полимерные материалы занимают свое, далеко не последнее, место в этом ряду. Эти материалы имеют некоторые недостатки для использования в динамической голографии, но в то же время они имеют ряд преимуществ перед другими материалами в задачах долговременного хранения информации. Однако, несмотря на это, они представляют широкий интерес для исследования в связи с их высокой чувствительностью, стойкостью к повторяющимся световым воздействиям, а также возможностью управления их динамическими характеристиками при помощи внешних воздействий [100,119,121,122]. Высокие значения нелинейно-оптических восприимчивостей этих полимеров позволяют осуществлять нелинейные преобразования световых пучков с достаточно малыми интенсивностями (I < 1 Вт/см2). Гребнеобразные сополимеры акрилового ряда с цианобифенильными фрагментами (азо фрагментами) в боковых группах, изучавшиеся в настоящей работе, являются одним из примеров таких соединений [101].

Цели диссертационной работы:

1. Получить уравнения, описывающие динамику формирования светоиндуцированных вкладов в показатель преломления азосодержащего полимера с ЖК свойствами, из балансных уравнений для плотностей распределения транс- и г/ис-изомеров азокрасителя. Сравнить уравнения, полученные из микроскопической модели, с феноменологическими.

2. Теоретически изучить влияние ЖК свойств и внешних условий на динамику энергообмена при двухволновом взаимодействии в азополимере. Для выявления области применимости микроскопического и феноменологического подходов провести сравнение результатов, полученных из этих моделей.

3. В схеме адаптивного интерферометра с пленкой азосодержащего полимера в качестве смесителя световых пучков экспериментально изучить динамику энергообмена в азополимере при разных внешних условиях, таких как температура полимера, отношение интенсивностей пучков, полная плотность мощности излучения.

4. Экспериментально исследовать возможность преобразования пространственных фазовых искажений одного из взаимодействующих пучков на входе полимерной пленки в амплитудные искажения другого на выходе и наоборот (амплитудные в фазовые).

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе было продемонстрировано, что пленки фоточувствительного азосодержащего гребнеобразного полимера с ЖК свойствами могут эффективно использоваться в качестве смесителей световых пучков в адаптивном интерферометре.

В работе получены следующие основные результаты [106, 134-144]:

1. Выведена система связанных уравнений для светоиндуцированных вкладов в показатель преломления азосодержащего полимера с ЖК свойствами из балансных уравнений для плотностей распределения транс- и г/мс-изомеров азокрасителей, которая позволила описать светоиндуцированную анизотропию среды и получить уравнения для трех различных вкладов в показатель преломления, соответствующих трем главным направлениям. Полученная система уравнений в предельном случае пренебрежимо малой анизотропии сводится к известному феноменологическому уравнению.

2. Изучены типичные режимы энергообмена в азосодержащем фоточувствительном полимере, такие как взаимодействие световых волн, сдвинутых по частоте, переходной процесс при включении-выключении пучков, частотная модуляция одного из пучков. Теоретический анализ проведен с использованием как феноменологической, так и микроскопической моделей среды для случаев симметричного и несимметричного падения взаимодействующих пучков. В последнем случае разность углов падения пучков много меньше каждого из углов.

3. Теоретически показано, что при анализе переходных процессов методом разложения функции распределения частиц в ряд по полиномам Лежандра допустимо пренебрежение полиномами порядка выше второго.

4. Показано, что параметр ориентационного порядка для азосодержащего ЖК полимера сильно влияет на частотные зависимости светоиндуцированных показателей преломления и на характер анизотропии среды. Исследованы изменения параметра порядка в рамках диапазона, допускаемого используемой моделью.

5. Экспериментально продемонстрирована возможность визуализации фазовых возмущений с характерным временем, меньшим времени релаксации среды в адаптивном интерферометре с пленкой азополимера. При температурах в диапазоне 75-^90°С, длине волны источника когерентного излучения Х=0.532 мкм, плотности мощности излучения =125 мВт/см2, толщине пленки 50 мкм, угле схождения пучков 15° (в воздухе) диапазон детектируемых частот составил единицы герц.

6. Экспериментально показано, что такие параметры, как температура среды, отношение интенсивностей взаимодействующих пучков, плотность мощности излучения сильно влияют на скорость и эффективность энергообмена в переходном режиме (включение-выключение одного из пучков) и при временной модуляции фазы одного из взаимодействующих пучков. Эксперименты проведены на длине волны Я.=0.532 мкм.

7. Показано, что в пленках азосодержащего фоточувствительного полимера с ЖК свойствами пространственная фазовая модуляция входящего светового пучка преобразуется в амплитудную модуляцию выходящего и наоборот. Амплитудная модуляция преобразуется в фазовую на длине в несколько сантиметров, в то время как преобразование фазовой модуляции в амплитудную происходит на длине в десятки микрометров.

Автор выражает благодарность научному руководителю профессору В.И. Шмальгаузену за предложение темы настоящей диссертационной работы, постоянное внимание, ценные советы и замечания при работе с диссертацией.

Хочется выразить благодарность профессору В.П. Шибаеву за предоставленный полимерный материал, а также всему коллективу лаборатории адаптивной оптики кафедры общей физики и волновых процессов МГУ им. М.В. Ломоносова за создание доброжелательной обстановки, способствовавшей научной работе.

1. Горелик Г.С. О применении модуляционного метода в оптической интерферометрии!У ДАН СССР, Т.83, вып.4, сс.549-552, (1952)

2. Берштейн ИЛ. Об измерении весьма малых изменений разности хода двух световых колебаний!I ДАН СССР, Т.94, сс.655-658, (1954)

3. Андронова И.А., Берштейн И.Л., Зайцев Ю.И. Предельные возможности лазерной микрофазометрии!! Изв.АН.СССР, Сер.физ., Т.46, №8, сс.1590-1593,(1982)

4. Шмальгаузен В.И. Интерферометры для изучения малых колебаний!! УФН, Т. 132, вып.4, сс.679-684, (1980)

5. Воронцов М.А., Шмальгаузен В.И. Принципы адаптивной оптиш!! М.: Наука, с.336, (1985)

6. Денисюк Ю.Н. Об отображении оптических свойств объекта в волновом поле рассеянного им излучения!/ ДАН СССР, Т.144, №6, с. 1275, (1962)

7. Kogelnic Н. Coupled wave theory for thick hologram gratings!! Bell Syst.Tech.J., V.48, pp.2909-2947, (1969)

8. Степанов Б.И., Ивакин E.B., Рубанов А.С. О регистрации плоских и объемных динамических голограмм в просветляющих веществах!! ДАН СССР, Т.62, №3, с.872, (1971)

9. Hellwarth R.W. Generation of time-reversed wave fronts by nonlinear refractionII JOSA, V.67, №1, pp.1-3, (1977)

10. Зельдович Б.Я., Поповичев В.И. Рагульский В.В. Файзуллов Ф.С. О связи между волновыми фронтами отраженного и возбуждающего света при вынужденном рассеянии Манделыитама-БриллюэнаН Письма в ЖЭТФ, Т. 15, №3, сс.160-164, (1972)

11. Бельдюгин И.М., Галушкин М.Г., Земсков Е.М., Мандросов В.И. О комплексном сопряжении полей при ВРМБН Квантовая электроника, Т.З, №11, с.2467, (1976)

12. Кухтарев Н.В., Марков В.Б., Одулов С.Г., Соскин М.С. Способ преобразования когерентных световых пучков.II А.с.820457 СССР, (1979)

13. Зельдович Б.Я., Пилипецкий Н.Ф., Шкунов В.В. Обращение волнового фронта!! М.:Наука, (1985)

14. Siegman А.Е. Dynamic interferometry and differential holography of irregular phase objects using phase conjugate reflection!I Opt.Comm., V.31, p.257, (1979)

15. Басов Н.Г., Зубарев И.Г., Миронов A.B. Лазерный интерферометр с обращающими волновой фронт зеркаламиII ЖЭТФ, Т.79, с. 1678, (1980)

16. Барменков Ю.О., Кожевников Н.М. Адаптивный голографический интерферометр для измерения ступенчатых субмикронных смещений// Письма в ЖТФ, Т. 17, №2, сс.32-35, (1991)

17. Labrunie L., Pauliat G., Launay J-C., Leidenbach S., Roosen G. Real-time double exposure holographic phase shifting interferometer using a photorefractive crystal!I Opt. Comm., V.40, p.l 19, (1997)

18. Borinyak L. A., Zakharov O. N., Mednis P. M. Shape investigation of deformed bodies by adaptive base holographic interferometers!I Proc. SPIE, V.3486, pp.3740, (1998)

19. Kobozev О. V., Kamshilin A. A., Nazhestkina N., Jaaskelainen T. Fast adaptive interferometer in a GaP crystal using near-infrared laser-diode!! Journal of Optics A: Pure Appl.Opt. V.3, L9-L11, (2001)

20. Kamshilin A.A., Mokrushina E.V., Petrov M.P. Adaptive holographic interferometers operating through self-diffraction of recording beams in photorefractive crystal!! Opt.Eng., V.28, №6, pp.580-585, (1989)

21. Gerritsen H.J. Nonlinear effects in image formation!! Appl.Phys.Lett., V.10, p.239, (1967)

22. Eichler H., Enterlein G., Munschau J., Stahl H. Power requirements and resolution of real-time holograms in saturable absorbers!! IEEE OSA Conf. on Laser Eng. & Appl. Holography & Interferometry, V.31, №1, (1971)

23. Staebler D.L., Amodei J.J. Coupled wave analysis of holographic storage in Li Nb03U J.Appl.Phys, V.43, p.1042, (1972)

24. Винецкий B.JI., Кухтарев H.B., Одулов С.Г., Соскин М.С. Динамическая самодифракция световых пучков!! УФН, Т. 129, №1, (1979)

25. Петров М.П., Степанов С.И., Хоменко А.В. Фоточувствительные электрооптические среды в голографии и оптической обработке информации/! Л.: Наука, (1983)

26. Духовный A.M., Стаселько Д.И. Нестационарное усиление излучения динамическими голограммами в поле пространственно-неоднородных световых пучков!I Письма в ЖТФ, Т.8, с. 1009, (1982)

27. Суханов В.И., Корзинин Ю.Л. Волновое поле, рассеянное трехмерной фазовой голограммой в пространственно-частотном представлении!I Письма в ЖТФ, Т.9, с. 1253, (1983)

28. Зельдович Б.Я., Шкунов В.В. СпеклонП Изв.АН СССР, Сер. Физич., Т.48, с. 1545, (1984)

29. Зельдович Б.Я., Шкунов В.В., Яковлева Т.В. Теория восстановления толстослойных голограмм спекл-полейИ Квантовая электроника, Т. 10, с. 1581, (1983)

30. Березинская A.M., Духовный A.M., Стаселько Д.И. Нестационарное преобразование пространственно-неоднородных световых пучков объемными динамическими голограммами!'! ЖТФ, Т.53, с. 1986, (1983)

31. Мамаев А.В., Оразов К., Пилипецкий Н.Ф., Шкунов В.В. Нестационарная самодифракция разнонаклоненных пучков!I Квантовая электроника, Т. 14, №2, (1987)

32. Винецкий В.Л., Кухтарев Н.В., Соскин М.С. Преобразование интенсивностей и фаз нестационарной "несмещенной" голографической решеткой!7 Квантовая электроника, Т.4, №2, сс.420-425, (1977)

33. Винецкий В.Л., Кухтарев Н.В., Семенец Т.И. Кинетика динамической самодифракции световых пучков в объемных средах с локальным откликом// Квантовая электроника, Т.8, №1, (1981)

34. Князьков А.В., Кожевников Н.М., Кузьминов Б.С. Энергообмен фазомодулированных световых пучков в динамической голографии// ЖТФ, Т.54, №9, сс. 1337-1741, (1984)

35. Стаселько Д.И., Сидорович В.Г. Об эффективности преобразования световых пучков с помощью динамических объемных фазовых голограмм!! ЖТФ, T.XLIV, №3, (1974)

36. Staebler D.L., Phillips W. Fe-doped LiNb03 for read-write applications!! Appl.Opt., V.13, №4, p.788, (1974)

37. Staebler D.L., Burke W.J. Multiple storage and erasure of fixed holograms in Fe-doped LiNb03ll Appl.Phys.Lett, V.26, №4, p. 182, (1975)

38. Wood G.L., Clark W.W., Miller M.J., Neurgaonkar R.R. Photorefractive materials, In: Spatial light modulator technology: materials, devices and applications!У ed. By Efron U., Ser: Optical engineering, Marcel Dekker Inc., p. 161, (1995)

39. Townsend R.L., LaMacchia J.T. Optically induced refractive index changes in BaTiO}!! J.Appl.Phys., V.41, pp.5188-5192, (1970)

40. Ducharme S., Feinberg J. Speed of photorefractive effect in ВаТЮз single crystal/I J.Appl.Phys., V.56, pp.838-842, (1984)

41. Liphardt M., Goonesekera A., Jones В., Ducharme S., Takacs J.M., Zhang L. High performance photorefractive polymers!I Science, V.263, pp.367-369, (1994)

42. Ducharme S., Twieg R.W., Scott J.C., Moerner W.E. Observation of the photorefractive effect in a polymer!! Phys.Rev.Lett., V.66, pp. 1846-1849, (1991)

43. Orczyk M.E., Zieba J., Prasad P.N. Fast photorefractive effect in PVK-C-60-deanst polymer composite!/ J.Phys.Chem., V.98, №35, p.8699, (1994)

44. Sutherland R.L., Natarajan L.V., Tondiglia V.P., Bunning T.J., Adams W.W. Analysis of periodic polymer-dispersed liquid crystal structures for dynamic hologram applications!/ SPIE, V.2532, p.309, (1995)

45. Hornac L.A. (ed.) Polymers for lightwave and integrated optics: technology and applications!! Dekker, New York, (1992)

46. Бункин Ф.В., Всеволодов H.H., Дружко А.Б., Мицнер Б.И., Прохоров A.M. и др. Дифракционная эффективность бактериородопсина и его аналогов!! Письма в ЖТФ, Т.7, №24, сс. 1471-1474, (1981)

47. Burykin N.M., Dyukova T.V. Korchemskaya E.Ya. Photoinduced anisotropy of Biochrom films/'/Opt.Comm., V.54, №2, pp.68-71, (1985)

48. Барменков Ю.О., Зосимов B.B., Кожевников H.M., Лямшев JI.M., Сергущенко С.А. Применение бактериородопсина для регистрации малых ультразвуковых колебаний методами динамической голографии// Письма в ЖТФ, Т. 12, №5, (1986)

49. Барменков Ю.О., Кожевников Н.М. Динамическое амплитудно-фазовые решетки в бактериородопсине// Письма в ЖТФ, Т. 16, №1, сс.65-69, (1990)

50. Барменков Ю.О., Зосимов В.В., Кожевников Н.М., Липовская М.Ю., Лямшев Л.М. Голографическая фильтрация низкочастотных помех в выходном сигнале измерительного интерферометра/7 Оптика и спектроскопия, Т.64, №6, сс.1339-1343, (1988)

51. Всеволодов Н.Н. Биопигменты — фоторегистраторы: Фотоматериал на бактериородопсине/7 М.: Наука, с.224, (1988)

52. Zhang J., Ostroverkhov V., Singer K.D. Reshetnyak V., Reznikov Yu. Electrically controlled surface diffraction gratings in nematic liquid crystals// Optics Letters, V.25, №6, (2000)

53. Khoo I.C. Orientational photorefractive effects in nematic liquid crystal film// IEEE J.Quant.Electron, V.32, pp.525-534, (1996)

54. Miniewicz A., Bartkiewicz S., Parka J. Optical phase conjugation in dye-doped nematic liquid crystal!/ Opt.Comm., V.149, (1998)

55. Kovalev A., King Т., Serak S., Usova N, Agashkov A. Four-wave phase congugation in liquid crystals with photoisomerisable dopants// Opt.Comm., V.183, pp.503-514, (2000)

56. Janossy I., Lloyd A.D., Wherret B.S. Anomalous optical Freedericksz transition in absorbing liquid crystal/1 Mol.Cryst.Liq.Cryst., V.179, №1, (1990)

57. Janossy I., Lloyd A.D. Low-power reorientation in dyed nematics// Mol.Cryst.Liq.Cryst., V.203, pp.77-84, (1991)

58. Chen A. G.-S., Brady D.J. Surface-stabilized holography in an azo-dye-doped liquid crystal!/ Opt.Lett., V.17, №7, (1992)

59. Janossy I., Szabados L. Optical reorientation of nematic liquid crystals in the presence ofphotoisomerisation!! Phys.Rev.E, V.58, p.4598, (1998)

60. Simony F., Lucchetti L., Lucchetta D.E., Francescandely O. On the origin of the huge nonlinear responce of dye-doped liquid crystals!I Opt.Lett., V.9, №2, (2001)

61. Fedorenko D., Ouskova E., Reznikov Yu., Reshetnyak V., Shiyanovskii S., Francescangeli O., Simoni F. Properties of Bulk-mediated Photoalignment of Doped Liquid Crystal//MoLCrystLiq.Cryst., V.359, pp. 137-145, (2001)

62. Marrucci L., Paparo D. Photoinduced molecular reorientation in absorbing liquid crystals// Phys.Rev.E, V.56, p.1765, (1997)

63. Marrucci L. Mechanisms of giant optical nonlinearity in liqht absorbing liquid crystals: a brief primer!I Liq.Cryst.Today, V.l 1, №3, pp.6-33, (2002)

64. Janossy I. Molecular interpretation of the absorption induced reorientation of nematic liquid crystals!! Phys.Rev.E, V.49, p.2957, (1994)

65. Janossy I., Szabados L. Optical reorientation of nematic liquid crystals in the presence of photoisomerisation!! Phys.Rev.E, V.58, p.4598, (1998)

66. Барник М.И., Золотько А.С., Китаева В.Ф. Особенности взаимодействия светового излучения с нематическим жидким кристаллом, легированным красителями!! ЖЭТФ, T.l 11, №6, с.2059, (1997)

67. Ковалев А.А., Серак С.В., Некрасов Г.Л., Усова Н.А., Давидович Т.А. ОВФ в нематиках, активированных красителями, в поле импульсного излучения рубинового лазера!! Квантовая электроника, Т.22, №8, (1995)

68. Shishido A., Ikeda Т., Tsutsumi О. LC Photonics: Optical Switcing and Image Storage by Means of Azobenzene Liquid Crystal Films!! Mat.Res.Soc.Symp.Proc., №425, pp.213-224, (1996)

69. Tabiryan N.V., Sukhov A.V., Zeldovich V.Ya. The Orientational Optical Nonlinearity of Liquid Crystals!/ Mol.Cryst.Liq.Cryst., V. 136, p. 1,(1986)

70. Rudenko E.V., Sukhov A.V. Photoinduced electrical conductivity and photorefraction in a nematic liquid crystal!! JETP Lett., V.59, №2, (1994)

71. Khoo I.C., Slussarenko S., Guenther B.D., Shih M-Y., Chen P.H., Wood W.V. Optically induced space-charge fields, dc voltage and extraordinarily large nonlinearity in dye-doped liquid crystals!I Opt.Lett., V.23, c.253, (1998)

72. Simony F., Lucchetti L., Lucchetta D.E., Francescandely O. On the origin of the huge nonlinear responce of dye-doped liquid crystals/! Opt.Express., V.9, №2, (2001)

73. Slavinec M., Crawford G.D., Kralj S., Zumer S. Determination of the nematic alignment and anchoring strength at the curved nematic-air interface/I J.Appl.Phys., V.81, №5, (1997)

74. Barbero G., Olivero D. Ions and nematic surface energy: Beyond the exponential approximation for the electric field of ionic origin!! Phys.Rev.E, V.65, 031701, (2002)

75. Weigert F., Nakashima M. // Z.Phis.Chem., № 34, p.238, (1929)

76. Rentzepis P.M., Pao Y-H. Optical second harmonic generation in compounds of aromatic hydrocarbon!I Appl.Phys.Lett., V.5, p. 156 (1964)

77. Барачевский B.A. (ред.) Свойства светочувствительных материалов и их применение в голографии!! Л.: Наука, (1987)

78. Шибаев В.П., Петрухин Б.С., Зубов Ю.А., Платэ Н.А., Каргин В.А. Электронная микроскопия твердых тел и биологических объектов!! Новосибирск: Наука, с. 150, (1969)

79. Платэ Н.А., Шибаев В.П. Гребнеобразные полимеры и жидкие кристаллы!7 М.: Химия, (1980)

80. В. Де Же Физические свойства жидкокристаллических веществ// М.: Мир, (1982)

81. Shibaev V.P. Liquid Cristalline and Mesomorphic Polymers!7 Springer-Verlag, New-York Inc., (1994)

82. Шибаев В.П. Необычные кристаллы или загадочные жидкости!7 Соросовский образовательный журнал, №11, с.37-46, (1996)

83. Orczyk М.Е., Prasad P.N. Polymeric composites: novel photorefractive media!! Photonics Science News, V.l, №1, pp.3-11, (1994)

84. Golemme A., Volodin B.L., Kippelen В., Peyghambarian N. Photorefractive polymer-dispersed liquid crystals!/ Opt.Lett., V.22, pp. 1226-1228, (1997)

85. McArdle C.B. (ed.) Applied Photochromic Polymer SystemsII Glasgow, London: Blackie, (1992)

86. Vorobiev A.Kh. ESR study of Photo-selection and Photo-orientation!7 J.Phys.Chem., V.98, p. 11835, (1994)

87. Todorov Т., Nikolova L., Tomova N. Polarization holography 1: a new high efficiency organic materials with reversible photoinduced birefringence!I Appl.Opt., V.23, p.4809, (1984)

88. Todorov Т., Nikolova L., Stoyanova K., Tomova N. Polarization holography 3: some applications of polarization holographic recording!! Appl.Opt, V.24, №6, p.785, (1985)

89. Araki K., Attard G.S., Kozak A., Williams G. Molecular dynamics of a siloxane liquid crystalline polymer as studied by dielectric relaxation spectroscopy!I J.Chem.Soc., Faraday Transactions 2, V.84, pp.1067-1081, (1986)

90. Jones P., Darcy P., Attard G.S., Jones W.J., Williams G. Angular-dependent photos election and anisotropy of optical absorption of photochromic molecules in glassypoly(methilmethacrylate)H Molec.Phys.,V.67, pp. 1053-1064, (1989)

91. Kumar G, Neckers D. Photochemistry of azobenzene-containing polymers/1 Chem.Rev, V.89, pp.1915-1925, (1989)

92. Natansohn A., Rochon P., Ho M., Barrett C. Azo Polymers for Reversible Optical Storage. 6. Poly4-(2-Methacryloyloxy)ethyl-azobenzene///Macromolecules, V.28, pp.4179—4183, (1995)

93. Ahmad N.M., Barrett C.J. Novel Azo Chromophore-Containing Polymers: Synthesis and Characterization// Polymeric Materials: Science and Engineering, , V.85, pp.607-608, (2001)

94. Barrett C., Natansohn A., Rochon P. Cis-Trans Thermal Isomerization Rates of Bound and Doped Azobenzenes in a Series of Polymers// Chemistry of Materials, V.7, pp.899-903, (1995)

95. Мюльман Г., Ван-дер-Ворст Дж. В кн.: ЖК полимеры с боковыми мезогенными группами// М. Мир, сс.421-456, (1992).

96. Shibaev V.P., Kostromin S.G., Ivanov S.A. Polymers as Electrooptical and Photooptical Active Media// ed. by Shibaev V.P., Berlin, Springer-Verlag, p.37, (1996)

97. Scherer C., Voit B. Azo group containing polymers in communication technology// Prog.Polym.Sci., V.22, pp.93-183, (1997)

98. Nuyken O., Dauth J., Voit В., Strohriegl P. High-tech applications of polymeric azo compounds// Macromolecules, pp. 119-131, (1993)

99. Ramanujam P.S., Holme N.C.R., Hvilsted S., Andruzzi F., Paci M., Tassi E.L. et. al. Side-chain liquid crystalline polyesters for optical information storage!! Polym. For Advanced Techn., V.7, pp.768-776, (1996)

100. Симонов A.H., Андреева M.C., Шмальгаузен В.И., Шибаев В.П. Динамика двухволнового взаимодействия в пленке азосодержащего фоточувствителъного жидкокристаллического полимера// Квантовая электроника, Т.316, №7, сс.599-603, (2001)

101. Ringsdorf Н., Zentel R. Liquid crystalline side chain polymers and their behaviour in the elecricfield!У Macromol. Chem., V.183, p. 1245, (1982)

102. Eich M., Wendorff J., Ringsdorf H., Schmidt H.-W. Nonlinear Optical Self Diffraction in a Mesogenic Side Chain Polymer!! Macromol. Chem., V.186, p.2639, (1985)

103. Платэ H.A., Шибаев В.П. Жидкокристаллические полимеры!! Наука и человечество, М.: Знание, (1983)

104. Стаханов А.И. Синтез, структура и свойства гребнеобразных ЖК полимеров с 4,4'-оксицианазобензолъными мезогенными группами!! Дисс.канд.хим.наук, М.: МГУ, (1999)

105. Dumont M. Photoinduced orientational order in dye-doped amorphous polymeric films// Mol.Cryst.Liq.Cryst, V.282, pp.436-450, (1996)

106. A. M. Макушенко, Б. С. Непорент, О. В. Столбова Обратимый ориентационный фотодихроизм и фотоизомеризация ароматических азосоединений I: модель системы// Опт. и Спектр.Т.31, сс.295-299, (1971)

107. Sekkat Z., Dumont М. Photoinduced orientation of azo dyes in polymeric films. Characterization of molecular mobility// Synth.Mat., V.54, p.373, (1993)

108. Хаазе В. Полевые эффекты в гребнеобразных жидкокристаллических полимерах// в кн. ЖК полимеры с боковыми мезогенными группами, М.: Мир, сс.395-420, (1992)

109. Pedersen T.G., Johansen P.M., Holme N.C.R., Ramanujam P.S., Hvilsted S. Mean-field theory of photoinduced formation of surface reliefs inside-chain azobenzene polymers// Phys.Rev.Lett., V.80, pp.89-92, (1998)

110. Buffeteau Т., Natansohn A., Rochon P., Pezolet M. Study of cooperative side group motions in amorphous polymers by time dependent infrared spectroscopy// Macromolecules, V.29, pp.8783-8790, (1996)

111. Holme N.C.R., Ramanujam P.S. 10000 optical write, read, and erase cycles in an azobenzene sidechain liquid-crystalline polyesterll Optics Letters, V.21, pp.902-904, (1995)

112. Симонов A.H., Ларичев A.B. Динамика фотоиндуцированных процессов в пленках азосодержащих жидкокристаллических полимеров/1 Квантовая электроника, Т.28, сс.87-91, (1999)

113. Bredas J.L., Adant С., Tackx P., Persoons A. Third-order nonlinear optical response in organic materials: theoretical and experimental aspects// Chem.Rev., V.94, p.243, (1994)

114. Nalva H.S., Miyata S. (eds.) Nonlinear optics of organic molecules and polymers!7, Boca Raton, Fla., CRS Press, (1997)

115. Аракелян C.M., Чилингарян Ю.С. Нелинейная оптика жидких кристаллов!/ М.: Наука, с. 156, (1984)

116. Dumont М., Froc G., Hosotte S. Alignment and orientation of chromophores by optical pumping!7 Nonlinear Optics, V.9, p.327, (1995)

117. Симонов А.Н., Ураев Д.В., Шибаев В.П., Костромин С.Г. Фотореверсивная оптическая запись в пленках аморфных азосодержащих полимеров!! Квантовая электроника, V.32, №2, (2002)

118. Vorobiev A.Kh. Characteristics of elementary processes in azobenzene-containing solidsII Russia, ICP-XX, poster PP289, (2001)

119. Симонов A.H. Динамика светоиндуцированных процессов в пленках азосодержащих гребнеобразных полимеров с ЖК свойствами/1 Дисс.канд.физ-мат.наук, М.: МГУ, (2000)

120. Шибаев В.П., Костромин С.Г., Иванов С. А. Фоторегулирование оптических свойств гребнеобразных полимеров с боковыми мезогенными группами и проблемы записи информации!I Высокомол. Соед. А, Т.39, №1, (1997)

121. Симонов А.Н., Ларичев А.В., Шибаев В.П. Голографическая запись в пленках азосодержащих ЖК полимеров в присутствии ориентирующего электрического поля!/ Квантовая электроника, Т.30, с.635, (2000)

122. Де Жен П.Физика жидких кристаллов!УМ.: Мир, (1977)

123. Пикин С.А. Структурные превращения в жидких кристаллах!'! М.: Наука, (1981)

124. Simoes М., Pazeti М., Domiciano S.M. Maier Saupe and Onsager approaches as limits of the nematic-isotropic phase transitionII Phys. Rev. E, Vol.65, 011707,(2002)

125. Золотько А.С., Китаева В.Ф., Терсков Д.Б. Тепловая, ориентационная и фотоориентационная нелинейности жидкого кристалла из азомолекул// ЖЭТФ, Т.106, сс.1722-1739, (1994)

126. Андреева М.С., Шмальгаузен В.И. Энергообмен в пленке фоточувствительного азосодержащего полимера при двухволновом взаимодействии разнонаклоненных световых пучков// Известия РАН, серия Физическая, Т.66, №8, сс.1145-1148, (2002)

127. Андреева М.С., Шмальгаузен В.И. Энергообмен когерентных световых пучков в азосодержащем фоточувствительном полимере// Вестник Московского университета, Сер.З. Физика. Астрономия, №1, сс.29-32 (2003)

128. Andreeva M.S., Simonov A.N., Shmal'gauzen V.I. Two-wave coupling in azo-containing photosensitive polymers with liquid crystal properties// SPIE Proceedings, V.4750, pp.247-255, (2001)

129. Андреева M.C., Шмальгаузен В.И. Светоиндуцированная анизотропия показателя преломления азосодержащего полимера с жидкокристаллическими свойствами// Квантовая электроника, Т.34, №1,сс.37-40, (2004)

130. Андреева М.С., Симонов А.Н., Шмальгаузен В.И. Динамика процессов двухволнового взаимодействия в пленках азосодержащихфоточувствительных полимеров с ЖК свойствами// тезисы межд. конф. «Оптика'99», с. 11, Санкт-Петербург, Россия, (1999)

131. Андреева М.С. Поляризационное управление динамикой энергообмена в пленке фоточувствительного азо-содержащего полимера с ЖК свойствами// труды межд. научной молодежной школы «0птика'2000», сс. 127-129, Санкт-Петербург, Россия, (2000)

132. Андреева М.С., Симонов А.Н., Шмальгаузен В.И. Динамика двухволнового взаимодействия в пленке фоточувствительного азосодержащего ЖК полимера// труды международной конференции "Ломоносов'2001", сс. 8283, Москва, Россия, (2001)

133. Andreeva M.S., Simonov A.N., Shmal'gauzen V.I. Two-wave coupling in azo-containing photosensitive polymers with liquid crystal properties// тезисы XVII межд. конф. по когерентной и нелинейной оптике (КиНО'2001), докл. №S06, Москва, Россия, (2001)

134. Андреева М.С., Симонов А.Н. Энергообмен в пленке азосодержащего ЖК полимера при двухволновом взаимодействии разнонаклоненных пучков// тезисы II межд. конф. молодых ученых и специалистов «0птика-2002», с. 118, Санкт-Петербург, Россия, (2002)

135. Andreeva M.S., Shmal'gauzen V.I. Nonlinear two-beam coupling in azo-containing polymer with liquid crystalline properties// prep, of "International