Исследование фотофизических свойств триплетного состояния молекул методом динамических голографических решеток тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

р г о 00

1 5 1?33

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА. ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

Физический факультет

На правах рукописи

ЛАНТУХ Юрий Дмитриевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРИПЛЕТНОГО СОСТОЯНИЯ МОЛЕКУЛ МЕТОДОМ ДИНАМИЧЕСКИХ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ РЕШЕТОК

(01. 04. 05 - „Оптика")

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

.Москва —1993

Работа выполнена на физическом факультете Карагандинского государственного университета им. Е.А. Букетова.

Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор Л.В.Левшин, доктор физико-математических наук, профессор Г.А. Кецде.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Д.Н. Шигорин, кандидат физико-математических наук, доцент Л.П. Авакянц.

Ведущая организация - Институт химической физики РАН

Запита диссертации состоится н 1993 г.

в " чес. на заседании Специализированного Совета л I (K-053.05.I7) Отделения Экспериментальной и Теоретической физики в МГУ им. М.В. Ломоносова в аудитории гГ-физического факультета (1198Э9, Москва, Ленинские Горы, МГУ)

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан

„ 3 „ 1993

Ученый секретарь Специализированного - "1'с-:^- > Совета Л I Отделения Эксперимен^альро'й?

и Теоретической физики, кандид8^г''//' —

физико-математических наук / Л.С.Штеменко

с-* | -'Л'Г.т-

'.¡•О I О в»

Ъ. .

ч;-}', ч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Органические красители, способные акти-зно трансформировать энергию светового воздействия, в настоящее зремя широко используются в оптоэлектронике. Известны применения срасителей при разработке сред для оптической записи информации, ганцентраторов солнечной энергии, активных элементов в лазерной •ехнике и т.д. Этим обусловлена необходимость в детальном изучена свойств красителей, особенностей их поведения в фотофизичес-их и фотохимических реакциях. Особое значение в процессах прео-разования энергии электронного возбуждения принадлежит триплет-ому состоянию молекул сложных органических соединений. Часто менно это состояние определяет реакционную способность вещества, удучи относительно долгоживущим, тршлетное состояние представ-яет собой своеобразный аккумулятор энергии и, вследствие этого, но способно играть в практических применениях как положительную, ак и отрицательную роль (вспомним проблем» светостойкости окраинных материалов и эффективности генерации лазерных сред на кра-ггелях).

В фотофизике и фотохимии имеется обширный арсенал средств тя изучения фотопроцессов. Это и традационше методы, такие как >тометрия, люминесценция, флеш-фотолиз, а также новые, получив-ю развитие в последнее время - внутрирезонаторяая спектроско-ш, оптоакустика и проч. Одним из таких новых методов является и шографическая техника реального времени, родившаяся на стыке линейной оптики и голографии. Этот метод в различных его Баритах успешно применяется в последние года для изучения фотохими-ских реакций в твердом теле, теплофизических свойств вещества, оцессов диффузии в растворах полимеров. Однако на наш взгляд ектр применений голографических методов можно расширить и преж-всего за счет использования их в молекулярной фотонике.

Основной целью настоящей работы являлось изучение возможнос-й метода динамических голографических решеток (ДГР) в исследо-гаи фотофизики триплетного состояния сложных органических с.ое-тений (в частности красителей).

Методы исследования. В основу исследований положен метод «мических дифракционных решеток, сочетающий преимущества им-

пульсной спектроскопии с высокой чувствительностью топографических методов.

Научная новизна работы включает следующие основные результаты:

1. Изучены закономерности формирования триплетных голографи-ческих решеток наведенного поглощения и просветления, образующихся в твердых растворах сложных органических соединений в условиях импульсной записи.

2. На основе исследования свойств триплетных голограмм разработаны методы определения квантовых выходов г-т-интерконверсии, коэффициентов экстинкции и других характеристик люминофоров.

3. Показано экспериментально и аналитически, что применение метода динамических топографических решеток позволяет определять чрезвычайно низкие (до 10~э) оптические плотности наведенного поглощения. Проведен сравнительный анализ чувствительности методов ДГР и импульсного фотолиза.

4. Исследована кинетика затухания триплетных голограмм. Показано, что кинетика уменьшения яркости триплетных голограмм-решеток квадратична по отношению к скорости релаксации триплетных возбуждений. Исследован топографический метод определения констант скоростей дезактивации триплетных состояний органических красителей.

5. Обнаружено увеличение скорости затухания просветляющихся голограмм под действием восстанавливающего излучения, обусловленное аффектом насыщения процесса поглощения света в твердых растворах красителей. Предложен кинетический метод определения величины интенсивности насыщения в системах с триплетным фотохромиз-мом.

Практическая значимость результатов

I. На основе систематических исследований закономерностей топографической записи в твердых растворах сложных органических соединений разработан носитель для записи голограмм. Новый материал позволяет реализовать аффективную фазовую запись с дифракционной эффективностью до 30 Материал обладает свойством реверсивности, т.е. существует возможность стирания записанной информации как оптическим лучом, так и с помощью нагрева голограммы. Разработанный материал может найти применение для изготовления

голографических оптических элементов, создания датчиков котроля деформаций, а также в системах оперативной и архивной памяти. На образцах носителя осуществлена такжо запись оптической информации побитовым способом, плотность записи свыше 105 бит/мм2. Изобретение защищено авторским свидетельством, АС СССР * 1529975.

2. Высокая чувствительность методов наведенных оптических решеток к изменениям оптической плотности среди при фотовоздействии открывает новые возможности в спектроскопии. Разработанный в работе метод определения малых наведенных оптических плотностей жжет быть положен в основу создания нового класса спектрометров, способных контролировать фотоиндуцированные изменения оптических свойств веществ и измерять исходные оптические плотности.

3. разработанный метод контроля за процессами релаксации тршшетных состояний молекул сложных органических соединений может найти разнообразные применения как в задачах исследования кинетики фотопревращений, так и при создании бесконтактных анализаторов (чистоты веществ, газоанализаторов и проч.). К достоинствам таких устройств следует отнести высокую чувствительность и простоту реализации, а решение проблемы сопряжения датчика с волоконным трактом ввода и вывода световых пучков позволит придать анализатору компактную форму, расширяя тем самым области его применения.

4. Совокупность предложенных в работе голографических методов позволяет получить комплексную информацию о фотофазических свойствех возбужденных состояний молекул. Плавная перестройка частота восстанавливающего излучения, обеспечивающая в общем случае контроль и за фазовыми (в том числе тепловыми) составляющими голограмм-решеток, предоставляет возможность использования дополнительного канала наблюдения за термическими процессами, неизбежно сопровождающими размен энергии электронного возбуждения в конденсированных средах.

На защиту выносятся сдодудщяэ положения:

1. Голографический метод наведенных оптических решеток является информативным средством исследования фотофизических свойств тршлетного состояния молекул сложных органических соединений.

2. Применение метода ДГР позволяет детектировать чрезвычайно низкие величины наведенных оптических плотностей (дт> х КГ4).

Следствием высокой чувствительности топографического метода является возможность определения малых исходных оптических плотностей (о ч ю-®) в слабопоглощающих слоях.

3. Исследование экспозиционных характеристик триплетных голограмм позволяет получать информацию о квантовых выходах интер-комбинацнонной з^т^-конверсии, коэффициентах экстинкции триплетных молекул, чувствительности регистрирующих сред с триплетным фотохромизмом к гологрвфнческой записи.

4. Запись в исследуемых системах голограмм наведенного просветления позволяет получать дополнительную информацию о фотофизических характеристиках люминофоров. К числу параметров, непосредственно измеряемых в процессе записи ГНПР, добавляются величины интенсивностей насыщения поглощения на длинах волн записи и восстановления.

5. Разработанный в работе метод исследования кинетики дезактивации триплетных состояний, основанный на контролировании процессов релаксации топографических решеток, позволяет с высокой точностью определять константы скорости гибели тришшт-возбужденных молекул и параметры насыщения поглощения триплетных фотохромов.

Публикации. Основные результаты проведенных исследований опубликованы в II печатных работах.

Апробация работы. Основные результаты работа обсуждались на:

- Региональной научно-практической конференции "Молодые ученые и специалисты - ускорению научно-технического прогресса", (Караганда. 1985 г.), Региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Молодые ученые - науке Центрального Казахстана" (Караганда. 1988 г.), 6 Всесошном совещании по фотохимии. (Новосибирск. 1989г.), Всесоюзном совещании по молекулярной люминесценции (Караганда. 1989 г.), I Всесоюзной конференции "Полимерные органические полупроводники и регистрирующие среды на их основе" (Киев. 1989 г.), Всесоюзной конференции по голографга (Витебск. 1990 г.), Всесоюзной конференции "Проблем* оптической памяти" (Телави. 1990 г.). Всесоюзной конференции "Оптическое изображение и регистрирующие среда" (Ленинград. 1990 г.).

Структура диссертационной работы определяется поставленными

задачами и состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемой литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, отражены научная новизна и практическая значимость результатов, изложены положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен краткий обзор литературы по проблемам, связанным с записью голограмм в средах на основе сложных органических соединений. Отражены основные достижения в исследовании фотохимических и теплофизпческих процессов голографяческими методами, описаны некоторые эффекты, обусловливающие особенности формирования динамических и стационарных голограмм в жидких и твердых растворах красителей. Особое внимание удолено участию триплетных состояний сложных органических соединений в процессах записи голограмм в реальном масштабе времени.

Отмечается, что в пастоящво время исследованиям по гологра-фической записи на триплетных состояниях молекул посвящено крайне мало работ. При этом почти во всох из них рассматривается лишь один вопрос: о пригодности той или иной среды для динамической голографической записи, оставляя без должного внимания твкие важные на наш взгляд стороны, как возможность исследования свойств самого вещества или разработка бесконтактных датчиков на основе процессов, лежащих в основе записи.

Вторая глава посвящона описанию методики эксперимента. Подробно рассмотрена установка для исследования характеристик нестационарных голографических решеток, основу которой составляет им-пульсно-периодический записывающий ИАГ - ыа-лазер с внутрирезона-торным удвоением частоты (\д= 532 нм). В качестве восстанавливающего источника использовался одномодовый не - ме-лазер (\д= 633 нм). Описаны способы повышения контраста интерференционного светового поля накачки, методика измерений основных параметров: дифракционной эффективности (ДЭ), энергии записывающего и мощности считывающего излучений, оптической плотности регистрирующей среды до и после записи голограммы. Значительное внимание уделено

важному в методическом и практическом отношении вопросу о минимальной ДЭ, регистрируемой в аксперименте. Показано, что основными факторами, ограничивающими чувствительность метода является рассеянный свет и нестабильность восстанавливающего источника.

В качестве объектов исследования использовались твердые растворы органических красителей (эозин (Эо), эритрозин (Эр), акридиновый оранжевый (АО), метиленовый голубой (МГ) и кристаллический фиолетовый (КФ)) в поливиниловом спирте (ПВС).

В третьей главе дается общая характеристика нестационарных голограмм на основе триплетных состояний сложных органических соединений и исследуются закономерности кинетики релаксации триплетных динамических решеток.

Рассматривается связь между дифракционной эффективностью голограммы (Т)) и модулируемыми параметрами регистрирующей среда

- Ь 2. -

Т] - 0.33Т01 - О.ЗЗОгехрС-г.ЗОЭ , (I)

где т - сроднее знвчение пропускания,"о, среднее значение и амплитуда модуляции оптической плотности образца на длине волны восстановления. В общем случае значения параметров о и г^ устанавливаются с помощью коэффициентов разложения соответствующей функции распределения в ряд Фурье.

Отмечается, что исследуемые триплетные амплитудные голограм-ш-решетки можно разделить на ^ва типа по отношению к спектральному интервалу восстановления. Так, если длина волны восстановления попадает в полосу триалет-триплетного поглощения Кр, то величина т обусловлена наведенным поглощением. Такие голограммы названы голограммами наведенного поглощения (ГШ). Если же восстановление осуществляется в области основной полосы поглощения, то значение начального пропускания образца т увеличивается до величины т за счет просветления под действием записывающего излучения. Поведение таких голограмм во многом обусловлено эффектом насыщения поглощения, поэтому они названы насыщающимися голограммами или голограммами наведенного просветления (ГНП± >.

Проанализированы голографические свойства сред с триплетным фотохромизмом. Экспериментально определены величины голографичес-кой чувствительности (гр некоторых фотохромов. Значения ег для

Эр, Эо и АО составили 7,3-Ю"2 Дж/см*, 13,6-Ю-2 Дж/см* и 0,94 Дя/см2 соответствешо. Исследование усталостных характеристик показало, что для образцов с Эо и Эр число циклов "запись - самопроизвольное стиранпе" составляет более 10*.

Экспериментально подтвержден вывод о квадратичном характере кинетики затухания триплетннх ГНП относительно скорости дезактивации тршшэтных состояний. Если регистрирующая среда является оптически тонким слоем (ОТО) на длине волны записи, то временная зависимость уменьшения яркости голограммы в условиях кислородоне-пропицаемой матрицы (ПВО) имеет вид

Т)СЪЭ = Т^ОЭехрС-К^Э , (2)

где к - константа скорости затухания голограммы. При этом кг=2кт. кт- мономолекулярная константа скорости дезактивации триплетов. Если среда оптически плотная, то отклонения от экспоненциального закона релаксации возможны по двум причинам. Первая причина связана с возникновением на Хд наведенного т-т-поглощвния заметной величины, т.е. влиянием члена тс о на кинетику т)сгэ. Вторая причина обусловлена возможным появлением ассоцнатов молекул Кр, если 'оптическая плотность образца увеличивается за счет погашения исходной концентрации. Экспериментальное исследование кинетики дезактивации т-состояний Кр голографическим способом осуществлялось на образцах с концентрациями красителей не превышающими з.ю"3 м.

Рис.1 Кинетические кривые релаксации гологра-фических решеток. АО (1), Эо (г), Эр (з) в ПВО.

имс

При этом энергия записывающих лазерных импульсов поддерживалась на уровне, исключающем появление вклада кубической составляющей в 1троцесс затухания голограмм. На рис. I представлены графики полу-

логарифмических зависимостей от времени яркости голограмм, записанных в образцах, содержащих аозин, эритрозин и акридиновый оранжевый. В целом процессы релаксации голограмм носили экспоненциальный характер. Получены следующие значения констант скоростей затухания тришютных голограмм в ПВС: АО - 8,4 с-*; Эо - 360 с-1; Эр - 2,56'ГО3 с"*. Соответствующие времена жизни т-состояний указанных Кр составляют 240 мс, 5,5 мс и 780 мкс, соответственно.

Установлено, что динамика релаксации ГНПР имеет особенности, физической основой которых является эффект насыщения поглощения восстанавливающего излучения в регистрирующей среде. Кинетика уменьшения яркости насыщающихся голограмм в образцах, являющихся ОТС на длине волны восстановления, также подчиняется уравнению (I), однако значение константы кг при атом изменяется

кг - гктс1 - 4-3 • (3)

где I - интенсивность восстанавливающего источника, а 18 - интенсивность насыщения

' т - ьу

(4)

Фт - квантовый выход в т-состояние, ов - сечение поглощения вещества на частоте восстановления V, аг - время жизни тршлетного состояния.

Соотношение (3) показывает, что скорость затухания просветляющихся голограмм возрастает при увеличении мощности зондирования. Экспериментальное воссоздание зависимости кр от I позволяет определять величины кт. I в а, следовательно, получать информацию и о <рт исследуемых соединений. На рис. 2 представлен результат исследования эффекта ускорения релаксации ГНПР в системе МГ-ПВС под действием восстанавливающего излучения. Значения величин и 15. для МГ, полученные по данным эксперимента составили 0,9-10я с-1 и 4,68 Вт/см1.

При увеличении исходной оптической плотности регистрирующей среды на длине волны восстановления возможны отклонния от экспоненциального закона затухания голограмм наведенного просветления. В атом случав при описании кинетики необходимо учитывать уменьше-

кг.юГс"

О 0.»Э 0,7 ».ОЗ

Рис.2 Зависимость константы скорости затухания просветляющихся голог -рамм от интенсивности зондирующе-потока. МГ-ПВС.

ние начального пропускания образца т под действием записывающего импульса до значения т, которое при условии I « 1а можно представить в виде

т = тс 1 + г.зрг» , (5)

где коэффициент р определяет долю молекул, израсходованных на заселение триплетного состояния при записи. Кинетику релаксации ГНПР в оптически плотных на А^ образцах можно описывать уравнени-

' ем

Т]С = Т^СОЭехрС-гк^Э + Т^СОЭехрС-Зк^Э . (6)

Появление дополнительной (кубической) составляющей в законе релаксации ГНПР обусловлено вторым слагаема« в правой части (5), следовательно, искажения экспоненциального закона (2) можно избежать минимизируя величины э (исходная оптическая плотность) и р (анергия записывающего импульса) до значений - 0,1.

В четвертой главе диссертации раасматриваются метода определения малых наведенных оптических плотностей и ряда других фотофизических параметров, основанные на записи в исследуемых системах динамических голорафических решеток.

Широко используемый в фотофизике люминесцентный метод, который относится к числу наиболее чувствительных, позволяет регистрировать чрезвычайно низкие концентрации возбужденных частиц, однако далеко на все детектируемые соединения имеют способность к

свечению. Универсальным в атом отношении фотометрическим способом редко удается обнаружить наведенные оптические плотности (до) ниже ИГЭ вследствие того, что этот способ основан на определении слабых изменений в фотомбтрируемых образцах на фоне интенсивного потока зондирующего источника, неизбежно обладающего собственными шумами.

В этой связи привлечение голографических методов для определения малых значений до представляется особенно перспективным. Еще в первых работах та применению техники наведенных оптических решеток в фотохимии отмечалась .чрезвычайно высокая чувствительность метода. Однако связывался этот факт главным образом с тем, что голографический сигнал принимается фотоприемником, свободным от засветки зондирующим и рассеянным светом.

Важной особенностью голографического метода является также то обстоятельство, что информация о фотопревращениях в образце содержится в когерентной волне от восстанавливающего лазерного источника. Это позволяет удалять на большие расстояния фотоприемник, а также применять метода оптической фильтрации пучков для устранения шума.

Не отрицая очевидных достоинств, отмеченных выше, заметим, что главной физической предпосылкой высокой чувствительности голо-графических методов является непосредственная (линейная I) связь амплитуда дифрагированной волны с изменениями оптической плотности образца в случае малых до (до здесь усредненное по поперечному сечению голограммы значение изменений оптической плотности при записи, регистрируемое, например, фотометрически). При этом имеет место так называемый режим линейной записи, характеризующийся простой связью между параметрами голограммы

Б = - до . (7)

где V - контраст полос в зоне интерференции записывающих пучков.

Эффективность ГНП в линейном режиме представляется в виде

т] = О.ззу2^ , • (8)

а наведенная при записи оптическая плотность т-т поглощения может

5ыть определена из соотношения

о -

1.74

т

Тользуясь (9) можно оценить точность детектирования малых' до толографическим методом

1з уравнения (10) видно, что относительная погрешность (методическая) определения до не зависит от величины определяемой оптичес-<ой плотности.

Анализ показывает, что точность в Б - 10 % легко достижима цля широкого интервала нвведенных оптических плотностей вплоть до значений до ~ ю-*.. Причиной ограничения чувствительности в этом случае являются приборные погрешности, обусловленные в основном »стабильностью восстанавливающего источника и рассеянием света 1а голограмме. Вклад приборных погрешностей можно оценить экспе-эиментально, подсчитывая, например, отношение сигнал-шум из осциллограмм яркости голорафичвских решеток. В эксперименте по записи ГНИ в образце с эритрозипом, имевшем исходную оптическую хлотность на длина волны записи о*= 0,24, была зарегистрирована минимальная величина от, равная (4±0,4)-Ю-®.

В работе показано, что выражение для ДЭ 1ТСП, записанных в ганейном режиме в средах с произвольным исходным пропусканием т* (т.е. в общем случав и оптически плотных) имэет вид:

^де е - анергия записывающего импульса (характеристика процесса записи), % = <ртев (ев - коэффициент экстинкции т-т поглощения на I восстановления) - характеристика исследуемого вещества.

Уг) = Й х Е О .

(II)

(12)

- характеристика конкретного образца. В й входят константы и э -

площадь голограами - величина, постоянная во всех экспериментах.

гзоз к " ТТТЗьГКгЗ"'

(13)

Выражение (II) показывает, что получать информацию о коэффициентах акстинкции т-т поглощения и квантовых выходах в т-состояние можно посредством воссоздания экспозиционной характеристики исследуемого соединения. На рис. 3 представлены зависимости Уг} = гсеэ для некоторых красителей. Начальный участок каждого графика хорошо апроксимировался прямой линией. Значение параметра х определялось как отношение угла наклона экспозиционной характеристики (ф) к произведению величин и и 0. Полученные результаты представлены в таблице.

УП'Ю"

о, о

Рис. 3 Экспозиционные ха -рактеристики образцов с эритрозином (I), эозином (2), акридиновым оран -хевым (3).

Е.ЦЛ

Отметим, что величина х может служить характеристикой голо-графической чувсвительности регистрирующей среды с триплетным механизмом фотохромизма. Из приведенных данных видно, что наибольшей чувствительностью к записи тришютных голограмм из исследованных соединений обладает эритрозин.

Определение величины х» постоянной для данного исследуемого вещества, позволяет детектировать малые исходные оптические плотности образцов. В этом случае величину о* находим по формуле:

Я X Е

Таблица. Фотофизические параметры органических красителей

Л Соединение 0 1дф .Дж-1 м см % е 1 Ст» М СМ

I Эритрозин 0,2 4830 11760 I 11760

2 Эозин 0,16 2600 7740 0,71 10900

3 Акридиновый оранжевый 0,1 375 1786 0,1 17860

*- литературные данные .

При атом необходимо измерить' ДЭ записанной в образце репетки и соответствующее значение анергии записывающего импульса е.

Анализ выражения (14) показывает, что диапазон измеряемых в данном эксперименте исходных оптических плотностей ограничен значениями - ю~*.

Дополнительные возможности для изучения фотофизических характеристик молекул появляются при исследовании свойств просветляющихся голограмм. В этом случае не только экспозиционная характеристика, но и характеристика восстановления является информативной.

Рассмотрение динамики формирования просветляющихся голограмм в линейном режиме позволяет представить выражение для ДЭ ГНПР в виде:

Е-ТТрГ^гТЗ1-"' <15>

где а - отношение оптичоских плотпостей среды на длинах волн восстановления, и записи а = = бсезээ/вс5зг:>, параметр £ характеризует взаимодействие зондирупдего излучения с регистрирующей средой

I

с 5

{ " -

1+1

р

к* Е

I Б в

(17)

Как и ранее параметр {5 характеризует долю перешедших в молекул при записи, а I* - интенсивность насыщения на длине волны записи.

Присутствие в правой части (15) параметра £ отражает особенности поведения голограмм наведенного просветления. На рис. 4 представлены графики зависимостей ДЭ и регистрируемой в зкпериме-нте интенсивности восстановленного пучка (11=1т]) от интенсивности зондирования I. Максимальные значения £ соответствует: минимальным значениям I, при этом ДЭ максимальна (кривая I). С ростом I величина А] убывает. Однако мощность восстановленной голограммой волны пропорциональна I. Результатом такого "противоборства" тенденций является немонотонная зависимость интенсивности восстановленной волны (гологра$ический сигнал) от интенсивности зондирования I (кривая 2).

■/г}*, и

5_|_

Рис. 4 Зависимости ДЭ(1) и интенсивности восстановленной волны (2) от интенсивности восстановления ГНПР.

Из рис. 4 видно, что область максимальной чувствительности голо-графического сигнала к изменениям интенсивности восстанавливающего источника соответствует малым I (от 0 до -С,й|8). Увеличивать же I выше значения 1в вообще нецелесообразно. Поэтому экспериментальное определение величины по экстремуму зависимости ^ от I трудно провести с высокой точностью. Построение графика гс1э может служить лишь для ориентировочного определения области проявления аффекта насыщения. В то же время начальный участок кривой 2 может быть апроксимирован прямолинейной зависимостью:

I = О.ЗЗО 8 I .

1 о"

В этом случав тангенс угла наклона ф4 определяет произведение величин о^ и р.

Построение графика зависимости 1/Л) от I по уравнению (15) дает следующие результаты. Экстраполяция восстанавливающей характеристики на горизонтальную ось позволяет определить параметр Пересечечние прямой с вертикальной осью имеет место в точке с ординатой

У д/ сарс1-тжз] . (19)

Значение тж легко измеряется фотометрически с высокой точностью, а - константа для данного исследуемого вещества и может быть определена предварительно из электронного спектра. Следовательно, появляется возможность определения параметра I*.

В качестве примера, иллюстрирующего возможности исследования фотофизических характеристик регистрирующих сред посредством записи насыщающихся голограмм, на рис. 5 приведен результат эксперимента с образцом на основе твердого раствора кристаллического фиолетового (КФ) в ПВС. Исследуемый образец имел оптическую плотность на длила волны записи ож= 0,08, а пропускание на ^ - тв= 0,96, т.е. являлся ОТС.

сг , -а

Рис.5

Восстанавливающая характеристика ГНПР в системе КФ-ПВС

I . V/,

Полученно значение величины 1а для КФ 2,8 Вт/см2. Произведение рс>о для денного образца составило 3,8-Ю-", следовательно значение параметра р, определяющего долю молекул, возбужденных в т1 при записи, равно 0,2. По вычисленному значению р определялась

величина произведения е(532)срт для КФ, которая составила 2,1 -Ю4 М-1 см-1.

Справедливость предложенного описания свойств насыщающихся голограмм подтверждается удовлетворительным соответствием результатов описанного выше эксперимента модельпой кривой 2 рисунка 4 (линейностью характеристики восстановления (рис. 5)).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе анализа свойств триплетных голограмм в твердых растворах сложных органических соединений предложено использовать голографический метод для детектирования чрезвычайно низких оптических плотностей (до = ю-5) наведенного поглощения. Показано, что метод голографических дифракционных решеток может служить эффективным дополнением традиционным (лшшесценция, фотометрия) методам молекулярной фотоники.

2. Проведено систематическое исследование эффективности дифракции восстанавливающего излучения на триплетных голограммах-решетках в оптически тонких и плотных слоях. Установлено, что для получения информации о фотофизических параметрах регистрирующей среды, целесообразно использовать линейный режим записи голограмм. Получены соотношения для ДЭ абсорбционных голограмм в оптически плотных регистрирующих средах, дополняющие известные выражения.

3. Исследованы процессы формирования триплетных голограмм наведенного поглощения. Показано, что воссоздание экспозиционной характеристики ГНП позволяет получать информацию о квантовых выходах в триплетное состояние, коэффициентах экстинкции т-т поглощения и чувствительности исследуемого вещества к записи голограмм.

4. Проанализированы свойства триплетных голограмм наведенного просветления. На основе экспериментального исследования характеристик восстановления ГНПР предложен метод определения квантовых выходов б-т интеркомбинационной конверсии, коэффициентов экстинкции и ряда других фотофизических параметров люминофоров.

5. Исследованы процессы релаксации насыщающихся голограмм-решеток. Обнаружено увеличение скорости затухания просветляющихся

голограмм под действием восстанавливающего излучения, обусловленное эффектом насыщения поглощения света в твердых растворах красителей. Предложен кинетический метод определения параметра насыщения i в системах с триплетным фотохромизмом.

6. Экспериментально подтвержден вывод о квадратичном характере кинетики затухания триплетных голограмм по отношению к скорости дезактивации триплетных состояний. Исследован голографяческий метод определения констант скоростей релаксации триплет-возбувденных молекул.

7. Проанализированы голографические свойства сред с триплетным фотохромизмом. Экспериментально определены величины голографи-ческой чувствительности некоторых фотохромов, исследованы усталостные характеристики, времена существования голограмм, полученных в условиях импульсной записи.

8. Обоснована применимость голографического метода для определения исходных оптических плотностей в слабопоглощающих образцах. Диапазон измеряемых величин эисх ограничен значениями I0~s -Ю-4.

Э. Проведено методическое исследование особенностей эксперимента по наведенным оптическим решеткам. Определены факторы, влияющие на величину минимальной дифракционной эфффективности, регистрируемой в эксперименте. Показано, что основной вклад в ограничение чувствительности метода, обусловлен нестабильностью восстанавливающего источника.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Лантух D-Д. Применение методов динамической, голографии в исследованиях фотопревращений молекул сложных органических соединений. // Тез. докл. per. научно-практ. конф. "Молодые ученые и специалисты - ускорению научно-технического прогресса". Караганда, июнь 1985 г. Караганда. 1985. С.140.

2. Лантух D-Д. Исследование кинетики фотореакций голографи-ческим методом. // Тез. докл. per. научно-практ. конф. молодых ученых. Караганда, май 1988 г. Караганда. 1988. С.84.

- го -

3. Кецле Г.А., Лантух Ю.Д. Голографический метод исследования фотопровращений в красителях. // Тез. докл. 6 Всес. совещ. по фотохимии. Новосибирск, май 1989 г. Новосибирск. 1989. С.152.

4. Кецле Г.А., Левшин Л.В., Лантух Ю.Д., Летута С.Н. Исследование интеркомбинационных переходов в молекулах люминофоров методами двухфотонного возбуждения и динамической голографии. // Всес. совещ. по молекулярной люминесценции. Караганда, окт. 1989 г. Тез. докл. Караганда. 1989. С.185.

5. Кецле Г.А., Левшин Л.В., Лантух Ю.Д., Мельников Г.В., Эш А.Э. Регистрирующие среда на основе систем краситель-полимер. // I Всес. конф. Полимерные орган, полупроводники и per. среды на их-основе: Тез.докл.Киев, 1989. С.21.

6. Кецле Г.А., Лантух Ю.Д., Левашн Л.В., Мельников Г.В. Нестационарная голографическая запись в твердых растворвх метиленового голубого. // Опт. и спектр. 1989. Т.64, J6 4. С.985-988.

7. Кецле Г.А., Лантух Ю.Д.. Левшин Л.В., Мельников Г.В., Евкаков В.И. Носитель для записи голограмм. // АС СССР * 1529975. 1989.

8. Кецле Г.А., Левшин Л.В., Лантух Ю.Д., Летута С.Н. Исследование интеркомбинационных переходов в молекулах люминофоров методами двухфотонного возбуждения и динамической голографии. // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1990. Т.54, Ji 3. С.473-479.

9. Кецле Г.А., Лантух Ю.Д., Левшин Л.В. Голографическая запись в твердых растворах органических красителей. // Всес. конф. по голографии. Тез. докл. Витебск 1990. С.111-112.

10. Кецле Г.А., Лантух Ю.Д., Левшин Л.В. Эш А.Э. Голографическая запись в твердых растворах органических красителей. // Всес. конф. Проблемы оптической памяти. Тез. докл. Телави 1990. С.96-97.

II Кецле Г.А., Лантух Ю.Д., Левшин Л.В. Эш А.Э. Регистрирующие среды на основе окрашенных полимерных слоев. // Всес. конф. Оптич. изображение а регистрир. среды. Тез. докл. 4.2. Ленинград 1990. С.12.