Исследование оптических свойств нелинейных сред для ограничения интенсивности мощного лазерного излучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕЛИНЕЙНЫХ СРЕД ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ МОЩНОГО ЛАЗЕРНОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ

Специальность 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2010

- 2 ЛЕН 2010

004614899

Работа выполнена на кафедре биомедицинских систем Московского государственного института электронной техники (технического университета)

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор Подгаецкий В.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Кобзарь А.И.

кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник Савранский В.В.

Ведущая организация:

ФГУП «Научно-исследовательский институт физических проблем имени Ф. В. Лукина»

Защита состоится "_"__ 2010 года .

в ._часов_минут на заседании диссертационного совета

Д.212.134.03 при Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу: 124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МИЭТ

Автореферат разослан "_"_2010 года

Соискатель Герасименко А.Ю.

Ученый секретарь диссертационного совета: доктор физико-математических наук, профессор

Яковлев В.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Актуальность исследований ограничения интенсивности мощного лазерного излучения в поглощающих и рассеивающих средах вызвана необходимостью создания перспективных способов лучевой защиты органов зрения и чувствительных элементов оптических систем. До настоящего времени не созданы эффективные ограничители мощного широкополосного лазерного излучения. Решение этой проблемы может быть достигнуто путем усовершенствования состава нелинейной оптической среды ограничителя и его конструкции.

Важность рассматриваемой проблемы связана с заметным возрастанием интенсивности излучения лазерных приборов, работающих в широкой области спектра. Разнообразие видов лазеров постоянно возрастает, так что и стандартные методы защиты органов зрения и чувствительных элементов оптических систем от мощного • лазерного излучения, основанные на использовании поглощающих спектральных фильтров, не могут обеспечивать безопасность операторов оптических приборов и работоспособность специальной оптической техники. Широкое распространение мощных оптических дальномеров, целеуказателей и лидаров увеличивает интерес к созданию новых, более эффективных ограничителей интенсивности лазерного излучения. Вместе с тем, до настоящего времени не найдены нелинейные оптические материалы и технические решения по конструкции ограничителей интенсивности излучения, удовлетворяющие требованиям повседневной практики по уровню ослабления излучения, необходимым спектральным характеристикам и скорости срабатывания приборов.

Цель работы и основные задачи

Целью данной работы является создание и исследование характеристик новых нелинейных оптических сред и конструкций ограничителей интенсивности мощного лазерного излучения.

Научная новизна работы • Предложены новые нелинейные оптические среды ограничителей интенсивности лазерного излучения на основе растворов полиметиновых, мероцианиновых пирановых и

дифталоцианиновых красителей с динамическим поглощением высокоинтенсивного излучения.

• Предложены новые нелинейные оптические среды ограничителей интенсивности лазерного излучения на основе суспензий наночастиц углерода, металлов и полупроводников с термическим рассеянием высокоинтенсивного излучения.

• Предложены новые нелинейные оптические среды ограничителей интенсивности лазерного излучения на основе расслаивающихся растворов со светоиндуцированным критическим рассеянием.

Практическая и научная значимость работы

• Предложенный моноблочный ограничитель интенсивности лазерного излучения на основе бинарных расслаивающихся растворов с нижней критической точкой расслаивания обеспечивает увеличенную оптическую прочностью и возможностью заменяемости нелинейной оптической среды.

• Исследуемая проблема связана с перспективами широкого тиражирования моноблочны« ограничителей на предприятиях оптико-механической промышленности.

• Предложенные новые технические решения удовлетворяют требования практики по созданию эффективных нелинейных оптических сред и оптически прочных конструкций ограничителей.

• Решаемая задача соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники, а также критическим технологиям Российской Федерации.

Личный вклад автора

Автор лично выполнял комплекс исследований нелинейных оптических сред, разработал конструкцию моноблочного ограничителя мощного лазерного излучения на основе бинарных растворов с нижней критической точкой расслаивания, принял деятельное участие в постановке задач в соответствии с целями исследований.

Исследования комплексного характера проводились по инициативе автора в рамках сотрудничества с Центром естественно-научных исследований ИОФ РАН.

Достоверность научных положений, результатов и выводов

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждена: комплексным характером проведенных исследований и

сопоставлением результатов работы с данными опубликованных научных исследований и содержанием патентного фонда Российской Федерации и ведущих зарубежных стран.

Полученные экспериментальные результаты и разработанные методики не противоречат известным теоретическим моделям и представлениям, которые были экспериментально подтверждены. Их корректность косвенно подтверждается результатами других исследователей. Все исследования проведены на сертифицированном оборудовании.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. г-сканирование растворов мероцианиновых пирановых и полиметиновых красителей позволяет определить их нелинейные характеристики: сечение поглощения из возбужденного уровня; нелинейный коэффициент поглощения, нелинейный цоказатель преломления, действительную и мнимую части нелинейной восприимчивости третьего порядка.

2. Использование суспензии многослойных углеродных нанотрубок в качестве нелинейной оптической среды ограничителя интенсивности лазерного излучения с ограничивающей диафрагмой позволяет получить значительное (более, чем в 100 раз) ослабление плотности мощности излучения ИАГ:Ш лазера.

3. Оптотермодинамический перевод бинарных растворов с нижней критической точкой расслаивания в лабильную область диаграммы термодинамического состояния растворов позволяет обеспечить неселективное ограничение интенсивности лазерного излучения.

4. Использование бинарных растворов с нижней критической точкой расслаивания в качестве нелинейной оптической среды моноблочного ограничителя интенсивности лазерного излучения позволяет увеличить оптическую прочность ограничителя и обеспечить заменяемость нелинейной оптической среды.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на:

• II Международном форуме по нанотехнологиям "Rusnanotech" (Москва, 2009)

• ХУ1-ХУШ, XXI Международных конференциях "Лазеры в науке, технике, медицине " (Сочи, 2005,2006,2007,2010)

• III Евразийском конгрессе по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика-2010» (Москва, 2010)

• VI Международной НТК «Информационные технологии в науке, технике и технологии» (Абхазия, 2010)

• 12-17 Всероссийских межвузовских НТК студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (Москва, 2005, 2006, 2007, 2008,2009,2010).

• IX Московском Международном Салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2009).

• XII, XIII Московских международных Салонах изобретений и инновационных технологий «Архимед» (Москва, 2009,2010).

Публикации

Основные результаты исследования, проведенного автором, изложены в 18 научных работах, в том числе в 5 статьях в журналах, рекомендованных ВАК России, и в патенте РФ на изобретение. Результаты диссертационной работы вошли составной частью в НИР по грантам Российского Фонда фундаментальных исследований № 06-0800624, № 09-02-01114-а; в НИР по госконтрактам с Министерством образования и науки Российской Федерации РФ № 02.513.11.3367, № 02.513.11.3425; в НИР по госконтракту с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере N° 5336р/7702.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, и изложена на 121 странице, включает 55 рисунков и 7 таблиц. Список литературы содержит 115 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор научной литературы и патентного фонда по свойствам нелинейных оптических сред и особенностям конструкций ограничителей лазерного излучения (ОЛИ). Описывается область применения мощных лазерных систем, которые представляют существенную опасность для органов зрения и светочувствительной

оптической аппаратуры. Человеческий глаз высоко чувствителен в видимом диапазоне спектра, в котором существует большое разнообразие мощного лазерного оборудования. В этой части спектра излучение, не воспринимаясь глазом человека как световой раздражитель, проходит через оптические среды глаза с минимальным поглощением и фокусируется на глазном дне. В результате его воздействия происходит термический ожог сетчатки и сосудистой оболочки органов зрения. Возрастание интенсивности лазерных лидаров, оптических дальномеров и целеуказателей выявило возможность разрушения элементов повсеместно применяемых оптических приборов, находящихся в области фокусирования лазерного излучения. Все эти обстоятельства послужили причиной значительного роста интереса к созданию эффективных и надежных ограничителей интенсивности опасного лазерного излучения [1-4].

Приведено описание видов и свойств нелинейных оптических сред ограничителей интенсивности мощного лазерного излучения и основных предлагаемых в литературе механизмов оптического ограничения. К таким средам относятся жидкостные растворы органических красителей, дисперсные системы и пленки металлических, полупроводниковых и углеродных частиц, кристаллы и пористые многослойные структуры. Помимо этого, в рассматриваемых целях возможно использование композиций твердых и жидких нелинейных оптических материалов.

Ослабление интенсивности лазерного излучения с помощью ОЛИ на основе растворов органических красителей происходит с использованием механизма (ОНП). В случае субнаносекундных и более коротких лазерных импульсов сечение поглощения возбужденного состояния красителя должно быть больше, чем сечение поглощения основного состояния. Это реализуется, если время жизни верхнего синглетного уровня много меньше времени жизни нижнего синглетного уровня и можно пренебречь переходами с синглетных на триплетные уровни.

В случае импульсов наносекундной длительности максимальная эффективность действия ОЛИ с ОНП достигается при большой величине отношения сечений первого синглетного и основного уровня и значительной вероятности интеркомбинационной конверсии между первым синглетным и триплетным уровнями. В наиболее опасных лазерных приборах обычно используются такие импульсы наносекундной длительности.

К преимуществам материалов ОЛИ, представляющих собой жидкостные растворы органических красителей, относится возможность сравнительно быстрого самозалечивания зоны лазерного воздействия при конвекционном перемешивании жидкости, а к недостаткам -неселективность (окрашивание нелинейной оптической среды) в его исходном состоянии, мешающая правильному зрительному восприятию оператора оптического прибора или сужающая область спектральной чувствительности прибора.

Широкое развитие лазерной техники различного назначения привело к необходимости защиты органов зрения и сенсоров оптических систем от мощного оптического излучения, действующего в спектральном диапазоне от 0,3 до 12 мкм. Для перекрытия такого широкого интервала длин волн нелинейные оптические ОЛИ должны строиться на самых различных физических принципах с использованием разнообразных многокомпонентных соединений. Примером такого рода соединений являются фуллеренсодержащие среды. Ослабление лазерного излучения в растворах фуллеренов в основном' происходит за счет двух механизмов: ОНП и светоиндуцированного термического рассеяния (СИТР), действие которого в фуллеренсодержащих средах связано с трансформацией мелкомасштабной пространственной неоднородности профиля интенсивности падающего пучка в неоднородность нагрева среды. Это приводит к возникновению неоднородностей плотности и показателя преломления среды и к рассеянию излучения на этих неоднородностях, что вызывает заметное ослабление прощедшего лазерного излучения, т.е. дополнительное ограничение мощности лазера с ОЛИ. Влияние ОНП проявляется в широком диапазоне пико- и фемтосекундной длительности лазерных импульсов. Механизм СИТР имеет место для длительностей импульсов, превышающих единицы наносекунд, но при этом существенен в более широком спектральном диапазоне, чем в случае ОНП.

К преимуществам применения фуллеренсодержащих сред в ОЛИ относится возможность ослабления лазерного излучения в различных частях спектра. Недостатками использования этих сред в оптических приборах являются окрашивание изображений, находящихся в поле зрения наблюдателя, и сужение области спектральной чувствительности приборов.

В связи с вышеизложенным, возникает интерес к применению в ОЛИ неселективных многокомпонентных нелинейных оптических сред,

представляющих собой суспензии полупроводниковых, углеродных и металлических наночастиц. Основным механизмом оптического ограничения в этом случае является нагрев поглощающих наночастиц, с возможным образованием вокруг них паровой оболочки, что вызывает интенсивное термическое рассеяние света.

Такие нелинейные оптические среды имеют ряд преимуществ при ограничении наносекундных и более длинных импульсов. К положительным моментам их применения относится широкий спектральный диапазон работы (весь видимый и ближний ИК диапазон); отсутствие насыщения поглощения (просветления) при больших интенсивностях возбуждения. К недостаткам ограничителей на основе суспензий наночастиц относятся агрегация и осаждение, вызывающие смещение их из области облучения.

В результате исследований патентного фонда РФ, США и Европы по ограничению лазерного излучения был сделать вывод о том, что основные классы конструкций ограничителей лазерного излучения представляют собой фокусирующие, многослойные и монолитные ОЛИ. Сопоставляя свойства этих трех типов ограничителей лазерного излучения, можно заключить следующее:

1. Преимуществами фокусирующих ОЛИ являются высокая лучевая стойкость и возможность использования широкого набора веществ. К их недостаткам можно отнести возможность оптического пробоя в области каустики фокусирующей линзы.

2. К преимуществам многослойных ОЛИ относятся компактность и возможность работы в широкой области спектра. К недостаткам таких ОЛИ относится сложность исполнения и высокий порог оптического ограничения.

3. Преимущества монолитных ОЛИ заключаются в их компактности. Основными недостатками известных ОЛИ являются малая лучевая прочность и токсичность используемых материалов.

Вторая глава диссертационной работы посвящена описанию особенностей исследования оптических свойств нелинейных оптических сред. Изложены методики приготовления растворов органических красителей из классов металлоорганических комплексов фталоцианинов, для которых вероятен механизм ограничения за счет поглощения из возбужденного состояния (ОНП). Исследованы растворы полиметиновых (ПК), дифталоцианиновых и мероцианиновых пирановых (ДЦМ) красителей соединений. В качестве растворителей использовались этиловый спирт, пропиленгликолькарбонат,

изопропиловый спирт, хлороформ, этиловый эфир уксусной кислоты и димегилсульфоксид. Выбор растворителей обусловлен лучевой стойкостью и прозрачностью в видимой части спектра и высокой степенью растворимости в них исследованных соединений.

Описано приготовление растворов нелинейных оптических сред на основе углеродных суспензий (водной суспензии обычной туши) со средним размер наночастиц менее 200 нм. Исследовались водные суспензии частиц металлов (платины, никеля, серебра, алюминия) размером от 10 до 50 нм, полупроводников и диэлектриков (окисей кремния, олова, легированного сурьмой, и индия, легированного оловом) размером 200 - 400 нм.

При исследовании нелинейных свойств водных растворов полиметиновых красителей в качестве источников возбуждения в УФ области спектра использовался эксиплексный ХеС1 лазер (Яг£Н =308

нм; г » 15 не; W = 50 мДж). Для исследования растворов полиметиновых и мероцианиновых пирановых красителей в видимой области спектра - одномодовый HAT:Nd лазер (II гармоника, Хгеи — 532 нм; т я 7 не; W = 20 мДж); в ИК области спектра: одномодовый ИАГ:Ш лазер: (1ген = 1064 нм; т ~ 7 не; W = 60 мДж). Лазеры работали в моноимпульсном режиме.

В качестве характеристики ОЛИ использовались зависимости пропускания Т нелинейной оптической среды от плотности мощности падающего излучения N/S. Коэффициент ослабления (КО)

Т, °С|----- интенсивности лазерного излучения

определялся, как отношение энергии (мощности) падающего излучения к энергии (мощности) прошедшего излучения.

120

100

80 60

40 20

>4

/ /

1 \

V J

J—

10 20 30 40 С, вес.%

Рис. 1 - Фазовые диаграммы растворов триэтиламин/вода (1) и 2-бутоксиэтанол/вода (2). Положение критической точки отмечено знаком о.

Исследованы критические расслаивающиеся водные растворы триэтиламина (ТЭА) и 2-

бутоксиэтанола (БТЭ). В растворе ТЭА присутствует нижняя критическая точка расслаивания (КТР), в то время, как в растворе БТЭ имеется нижняя и верхняя КТР. Критическая температура Тк равна

18,163 °С для раствора ТЭА/вода и 48,272 °С для раствора БТЭ/вода. Критическая концентрации С , равна 32,118 масс. % для раствора

ТЭА/вода и 30,140 масс. % для раствора БТЭ/вода. Фазовые диаграммы растворов (зависимостиь температуры Тр от концентрации растворов С) показаны на рис. 1.

Схема экспериментальной установки для измерения оптотермодинамических характеристик расслаивающихся растворов представлена на рис. 2. Для измерения оптотермодинамических характеристик растворов ТЭА/вода и БТЭ/вода использовался импульсный стеклянный неодимовый лазер (Т =1,5 мс, WIS — 375 Дж/см2). Лазер (1) работал в режиме свободной генерации с интервалом между импульсами ~ 3 мин. С целью термостабилизации растворов использовалась специально разработанная кювета (7), подключенная к термостату (8). Стабильность температуры теплоносителя, циркулирующего по замкнутому контуру кюветы составляла ± 0,01 °С. Значения плотности энергии лазера варьировались с помощью набора нейтральных светофильтров (2) и измерялись с использованием отклоняющих оптических клиньев (4, 9)и чувствительных головок (5,

10) измерителя энергии. Временное распределение интенсивности излучения до и после кюветы измерялось с помощью фотодиодов (б,

11).

Помимо прямых измерений значений КО с целью определения нелинейных характеристик среды ОЛИ применялся также метод Ъ-сканирования, основанный на исследовании изменения пропускания интенсивности гауссового пучка лазерного излучения при перемещении кюветы с нелинейной средой вдоль продольной оси пучка Ъ в области фокусирования излучения с помощью линзы. Методика г-сканирования применима для тонких образцов, толщина которых должна быть намного меньше фокусного расстояния линзы. В основе метода лежит

эффект изменения нелинейных показателей среды под действием мощной световой волны [5]. Этот высокочувствительный метод позволяет проводить измерения сечения поглощения из возбужденного уровня сг2; нелинейного коэффициента поглощения а, нелинейного показателя преломления 0, действительной Яе;гР) и мнимой 1т^(3) частей нелинейной восприимчивости третьего порядка. Коэффициент поглощения ос = а0 + /31, где а0 - линейный показатель поглощения, а

I - интенсивность излучения. В свою очередь, показатель преломления п = п0+р1, где р - нелинейный показатель преломления, который

связан с %(3) следующим образом: = па у/Зж (в системе единиц СГСЭ).

Исследование растворов органических красителей проводилось на экспериментальной установке, основным элементом которой являлся ИАГ:Ш лазер с модуляцией добротности и генерацией второй гармоники на кристалле аммония дигидрофосфата, работающий в режиме синхронизации мод (Л = 532 нм, г = 350 пс, IV < 0,3 мДж, / = 400 Гц, частота повторения импульсов V =10 Гц). Диаметр лазерного пучка перед передней собирательной линзой =20 см)

составлял ~ 2 мм, а диаметр (полуширина гауссового пучка) и длина перетяжки (дифракционная длина) гауссова пучка в области каустики составляли соответственно СО = 25 мкм и г0 = 12 мм.

В третьей главе описаны исследования органических соединений различного состава, предназначенных для использования в ОЛИ для УФ, видимой и ИК частей спектра, описанных в главе 2. К ним относятся дифталоцианин лютеция, красители ДЦМ и ПК с закрепленной и незакрепленной полиметиновой цепью. Измерены

спектры поглощения и молярные экстинкции 8макс в максимумах длинноволновых полос поглощения и на длине волны

возбуждения Лв = 532 нм (£531 )•

Исследованные соединения можно условно поделить на три группы по отношению длины волны возбуждения к полосе поглощения соединения. В полиметиновых красителях ПК 789 и ПК 877 излучение

II гармоники неодимового лазера попадает в "глухую" область между

интенсивными полосами поглощения (отношение £532 / £макс не превышает 10 %). В случае соединения ПК 789 имеет место высокое линейное пропускание в широком участке видимого спектра (Я <.600

- 650; Я > 700 нм), включающем область максимальной видности для

дневного и ночного зрения. В случае соединений ДЦМ возбуждается

длинноволновое крыло полосы поглощения (£532 / £тах для ДЦМ 187-1

не выше 10 %, а для ДЦМ 187-2 оно еще меньше). Таким образом, поглощение на длине волны возбуждения для всех соединений довольно мало по сравнению с его максимальным значением.

Таблица 1 - Результаты исследований растворов фталоцианинового, мероцианиновых пирановых и полиметиновых красителей.

Краситель Растворитель Параметры возбуждающего излучения КО Ы/Б, МВт/см2

Дифтало- цианин лютеция этанол Хв = 1064 нм, т « 7 не 2-3 100-200

Хв = 532 нм, г не 3-4 100-200

хлороформ 1-2 100-200

ДЦМ 187-1 ДМСО 6-7 200-250

ДЦМ 187-2 этил-ацетат 3-6 200-300

ПК 789 этанол 14-15 200-250

ПК 792 25-35 150-250

ПК 823 10-11 150-250

ПК 842 7-8 200-250

ПК 877 2-3 100-250

ПК 789 вода Хе =308 нм, г « 15 не 1-2 100-250

ПК 792 10-11 200-250

ПК 823 1-2 100-250

ПК 842 6-7 200-250

ПК 877 6-7 100-250

Приведены результаты измерений зависимостей плотности энергии прошедшего излучения EIS от плотности энергии падающего излучения WIS и зависимостей пропускания растворов Т от плотности мощности падающего излучения N IS. Как видно из таблицы , 1, в полиметиновых красителях обнаружен заметный эффект 1 ослабления интенсивности видимого излучения II гармоники ИАГ:Ш лазера и УФ излучения ХеС1 лазера. В случае соединения ПК 792 в этаноле значение пропускания Т для излучения неодимового лазера КО = 25-35; для ПК 789 эффект ослабления несколько меньше: КО = 1415. В УФ области спектра эффект ослабления излучения более выражен для водных растворов соединений ПК 792 и ПК 842: КО ® 10. В растворах дифталоцианина лютеция в этаноле и хлороформе получено

небольшое ослабление на = 532 нм: КО я 3. В ближней ИК области

спектра ( Л • = 1064 нм) ослабление незначительно.

Результаты проведенных исследований указывают на применимость дифталоцианиновых, мероцианиновых пирановых и полиметиновых красителей в ограничителях интенсивности лазерного излучения

Методом Z-сканирования проведено исследование нелинейного пропускания двух мероцианиновых пирановых (ДЦМ и ДЦМ 684) и полиметиновых красителей с незакрепленной (ПК 792) и закрепленной полиметиновой цепью (ПК 7098). Измерения проводились на длине волны II гармоники ИАГ:Ш лазера, работающего в режиме модуляции добротности.

Измерены зависимости пропускания излучения через открытую апертуру (в отсутствие ограничивающей диафрагмы) T(z) = T(z)/T0 от положения кюветы с растворами красителей z при ее перемещении вдоль оси лазерного пучка. Обработка результатов измерений производилась аппроксимацией экспериментальных кривых выражением (1) по методу наименьших квадратов [6]:

где т - порядок нелинейности; А а - изменение коэффициента поглощения под действием излучения; эффективная толщина образца

„2

дифракционная

1 - ехр(-а„1) , ,

Ье! --———; Ь - толщина образца; г0 =—2

аа А,

длина пучка; м>$ - полуширина перетяжки гауссова пучка в фокусе

линзы. Выражения (1) и (2) справедливы для малых изменений пропускания и коэффициента преломления нелинейной оптической среды, что удовлетворяется выбором фокусного расстояния линзы,

оптической плотности образца и энергии падающего излучения.

дцм

ДЦМ 684

Рис. 3 - Зависимости пропускания Т(г) от положения образцов мероцианиновых пирановых красителей ДЦМ в схеме Z-cкaниpoвaния.

Z, мм

Экспериментальные зависимости (точки в виде квадратов и кругов) пропускания T(z) исследуемых образцов

приведены на рис. 3 в сопоставлении с рассчитанные данными (сплошная и пунктирная линии).

Данный подход позволяет определить величину нелинейного показателя преломления ß = hall, где А а может быть найден из выражения (2).

Особенностью метода Z-сканирования является то, что на зависимость T(z) может оказывать влияние нелинейная рефракция образца или его нелинейное поглощение, что приводит к тому, что кривая T(z) становится симметричной относительно фокуса линзы.

Для расчета сечения поглощения сг2 соотношение (3):

4л-со-AT

'i

можно использовать

сг, =-

где МА - число Авогадро, С0 - концентрация раствора.

Значения Ке%0) и 1ш^(3) определяются из соотношений (4) и (5):

Ък

(5)

где £0 - диэлектрическая проницаемость среды, с - скорость света в вакууме,

Экспериментальные значения нелинейных параметров растворов красителей ДЦМ и ДЦМ 684 приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Нелинейные характеристики растворов красителей ДЦМ и ДЦМ 684.

Краситель Растворитель Р, ю-16 м/ГВт ег2, Ю-22 м2 Да, Ю"10 м/ГВт ю-15 м3/Дж ю-9 м3/Дж

ДЦМ 684 ПГК 0,1 5,6 1,3 8,5 1,6

ДЦМ ПГК 0,12 6,3 1,1 1,8 1,3

При исследовании растворов полиметиновых красителей их нелинейные характеристики определялись аналогично приведенному выше определению данных для растворов ДЦМ. Зависимости пропускания АТ(г) от положения образцов ПК в схеме г-сканирования показаны на рис. 4.

Рис. 4 — Зависимости пропускания от положения образцов полиметиновых красителей схеме 2-сканирования.

Значения нелинейных параметров растворов красителей ПК 792 и ПК 7098 приведены в таблице 3.

2, мм

Таблица 3 — Нелинейные характеристики растворов красителей ПК 792 и ПК 7098.

Краситель Растворитель Р, 10"16 м/ГВт <т2, Ю-18 м2 Да, Ю'10 м/ГВт Re/3', ю-15 м3/Дж 1тХ{ъ), ю-9 м3/Дж

ПК-792 ПГК 2,5 19 140 39 170

ПК-7098 ПГК 5,5 22 370 85 430

В четвёртой главе описаны эксперименты по ограничению интенсивности лазерного излучения с использованием водных суспензий растворов туши и суспензий углеродных нанотрубок (УНТ) в диметилформамиде (ДМФ). Средний размер углеродных частиц был менее 200 нм. Диаметр однослойных углеродных нанотрубок 0,7-1,4 нм, диаметр многослойных углеродных нанотрубок 3-20 нм.

Зависимости пропускания Т от плотности мощности возбуждения ¡V при воздействии импульсами излучения второй гармоники Ш-УАО лазера (532 нм) длительностью 15 не для суспензий нанотрубок и сажи в ДМФ при линейном пропускании 7Ъ=70 %. Коэффициенты ослабления всех 4 исследуемых коллоидов УНТ и образца сажи близки - КОюо (N/5 = 100 МВт/см2) составляет 5-6, КОт (И/Б = 200 МВт/см2) -9+10. Коэффициент ослабления в диапазоне линейного пропускания 40+80 % практически не зависит от начального пропускания, что характерно для ограничения с помощью именно рассеивающих сред.

Коэффициент ослабления на длине волны 1064 нм так же не зависит от начального пропускания в исследуемом интервале Т0 (50+70 %) и близок к этому коэффициенту на длине волны 532 нм (КО¡оо составляет 4,5+5, КОш - 8+9).

Сокращение длительности импульса возбуждения приводит к значительному уменьшению ограничительного эффекта углеродсодержащих суспензий. Так при длительности импульса 6 не и линейном пропускании Т0 = 40 % на длине волны 532 нм КОт суспензии сажи составляет всего 2, а К02оо = 3. Это связано с тем, что ограничительный эффект вызван нелинейным рассеянием на тепловых неоднородностях, возникающих при поглощении излучения накачки ультрадисперсными частицами - достаточно медленным механизмом, который эффективно работает для импульсов длительностью от нескольких десятков наносекунд до микросекунд.

В случае ОЛИ на основе водных суспензий наночастиц платины размером до 10 нм на Хгеи = 532 нм при Т0 = 40 + 80 % КОШо ~ 3, а при

увеличении N/S до 300 МВт/см2 КО300 достигает 8. На длине волны 1064 нм эти частицы также ограничивали интенсивность лазерного излучения: в случае Т0 = 94 % при N/S =100 МВт/см2 КО100 « 2. При увеличении размеров наночастиц до 50 нм эффект ослабления излучения значительно меньше. Так на Лд = 532 нм при Т0 = 50 % К030о = 4, а при Ле = 1064 нм крупные частицы платины не ограничивают лазерное

излучение (при Т0 = 50 %, КО150 » 1).

Несмотря на большие размеры (до 600 нм), хорошие ослабляющие свойства на Лв = 532 нм проявляют суспензии наночастиц

алюминия: КОюо = 5, К02го = 10 (Г0 =70 %). При увеличении размера

частиц до 600 - 2600 нм ограничение лазерного излучения ослабевает: КОюо = 4, КО220 = 8 (Т0 = 60 %).

Нелинейное пропускание мелких преимущественно сферических наночастиц никеля размером до 10 нм КОюо = 2, КО200 = 3, а для более крупных и анизотропных частиц - нанопризм размером 30 - 50 нм наблюдается усиление эффекта - КО100 = 3, КО200 = 5. Полидисперсные суспензии частиц различной формы, от сферических до нанопризм и нанодисков с размерами до 100 нм показали наибольший эффект ослабления излучения - КОюо = 3, К02оо = 8, КО350 = 14.

Худшими ограничивающими свойствами из исследованных суспензий обладают коллоиды полупроводниковых и диэлектрических частиц. В случае ОЛИ на основе суспензий частиц гидроксида индия, легированного оловом, с размерами 200 - 400 нм, на Ле = 532 нм при Т0

= 50 % и N/S — 350 МВт/см2 эффект ослабления излучения практически отсутствует. Для суспензий наночастиц комплекса Ti-In-Sn таких же размеров в аналогичных экспериментальных условиях наблюдалось небольшое уменьшение пропускания - КО250 1,5. При увеличении размеров частиц выше 400 нм КО достиг 2,5 при той же интенсивности возбуждения. Основным механизмом изменения пропускания таких сред с крупными (более 100 нм) частицами, по-видимому, является нелинейное рассеяние.

Водные суспензии мелких (~ 10 нм) частиц Si02 прозрачны во всем видимом диапазоне спектра. Небольшое рассеяние присутствует лишь в

УФ области спектра, поэтому не удалось достичь значительного изменения пропускания суспензий на К = 532 нм. Так для Тй = 95 % в случае максимальной концентрацией наночастиц Si02 Т уменьшилось только до 60 % при NfS = 250 МВт/см2.

Механизм изменения пропускания в суспензиях Si02 при мощном возбуждении излучением с длиной волны 532 нм пока не ясен. Наряду с нелинейным рассеянием в среде может присутствовать многофотонное поглощение.

Наибольший эффект ограничения лазерного излучения достигается для ОЛИ на основе суспензий многослойных нанотрубок в ПГК, а в качестве источника излучения ИАГ:Ш лазер (Лген = 532 нм, т = 15 не,

W =20 -25 мДж). Для варианта без ограничивающей диафрагмы при Т0 = 70% КО = 29, а для Т0 = 50% КО = 56. Для варианта с ограничивающей диафрагмой результаты были значительно лучше: при

7*0 = 70 % КО = 73, а для Т0 =50%КО= 112.

При проведении экспериментов по ограничению интенсивности лазерного излучения с использованием нелинейных оптических сред на основе критических расслаивающихся растворов (РР) были измерены зависимости пропускания Т исследованных растворов от плотности мощности падающего лазерного излучения N/S, полученные при различных исходных температурах растворов Т^. Исследовались

растворы ТЭА/вода и БТЭ/вода, свойства которых описаны во второй

спектрам поглощения растворов были определены величины коэффициентов

поглощения на Я = 1,06 мкм: Кд^АЭ = 0,16 ±0,01 см-1, =0,17 ±0,01 см-1.

Рис. 5. Схема оптотермодинамического воздействия на расслаивающийся раствор.

На рис. 5 представлена схема оптотермодинамического воздействия на фазовое состояние РР с нижней КТР. При поглощении света в первоначально гомогенном растворе с концентрацией,

главе диссертации. По

близкой к Скр, который находится в области I (точка А), его температура ТА поднимается до Ткр (точка К) и далее до температуры

Тп, с переходом раствора в закритическую область II или III (точка Б).

Если РР попадает в метастабильную область II, • происходит сравнительно медленное расслаивание жидкости. Как указано выше, это сравнительно медленный процесс, связанный с образованием новой фазы. Гораздо быстрее происходит образование лабильного состояния раствора в лабильной области III на флуктуациях плотности, релаксация которого в устойчивое состояние происходит с возникновением микрогетерофазных неоднородностей концентрации с последующим расслоением раствора. Объемный рост новой фазы сопровождается также появлением неоднородностей показателя преломления, , что вызывает интенсивное рассеяние излучения вблизи критической температуры Т (светоиндуцированную критическую опалесценцию)

[7]. Стрелками БВ; и БВ2 на рис. 2.2 б показаны фазовые траектории при релаксации в процессе изотермического неустойчивого гомогенного состояния РР в точке Б в гетерогенное состояние в точках Bi и В2, находящихся на линии равновесного существования расслоенных фаз (бинодали). Таким образом, инициирование процесса СКР производится путем перевода РР из точки А с начальной температурой ТА, отстоящей на величину начального отклонения от критической температуры (АТА = Ткр —ТА),в точку Б в лабильной области при температуре Тп и глубине внедрения в эту область (АТп -Тп— Ткр ).

На рис. 6 представлены зависимости пропускания Т от N/S. Как видно из этого рисунка, ослабление падающего излучения растет при уменьшении АТ„ и достигает максимального значения КО ~ 4 для РР ТЭА/вода при минимальном значении А Т„ = 0,005 °С и NIS ~ 40 кВт/см2 {WIS ~ 60 Дж/см2). В случае РР БТЭ/вода при минимальном значении АТП = 0,1 °С и N/S ~ 40 кВт/см2 (W/S ~ 60 Дж/см2) значение КО-2,5.

Рис. 6 - Зависимости пропускания Т от плотности мощности N / S излучения, падающего на кювету с раствором триэтиламин/вода (а), 2-бутоксиэтанол/вода (б) при АТп = 0,10 (1); 0,21 (2); 0,54 (3);

0,92 °С (4) (а) АТп = 0,57 (1); 0,22 (2); 0,05 (3); 0,005 °С (4) (б).

Анализ осциллограмм, характеризующих вид импульса излучения лазера до и после прохождения через кювету с нелинейной средой показывает, что передний фронт импульса, прошедшего через РР, повторяет форму переднего фронта импульса падающего излучения. В отличие от этого задний фронт прошедшего импульса в случае РР ТЭА/вода сдвинут к его началу, что связано с ослаблением падающего излучения в нелинейной среде.

При практическом применении ограничителей лазерного излучения вызывает интерес применение компактной моноблочной конструкции ОЛИ, которая в отличие фокусирующих ограничителей, состоящих из сложных зеркальных систем, отличается также меньшей зависимостью от характеристик внешней среды. Корпус моноблочного ОЛИ содержит внутреннюю полость, заполненную нелинейной оптической средой, которое обладает динамическим поглощением.

Преимуществом моноблочного ОЛИ в совокупности с расслаивающимися растворами с нижней критической точкой является высокое начальное пропускание и широкий интервал рабочих длин волн, обеспечивающий нейтральное окрашивание поля зрения оптических приборов. Выбор габаритных размеров зависит от условий применения моноблочного ограничителя (необходимого фокусного расстояния, размера пятна фокуса). Использование такого

ограничителя, предложенного в [8], исключает влияние внешней среды на работу ОЛИ.

На рис. 7 показана конструкция моноблочного ограничителя интенсивности лазерного излучения, корпус 1 которого ориентирован вдоль направления распространения падающего излучения 2, с собирательными линзами 3, 4, расположенными на торцах корпуса 5, и нелинейной средой 6, помещенным во внутреннюю полость 7 корпуса ограничителя. Если фокусные расстояния линз 3 и 4 равны ^ и ^ соответственно, а линзы находятся на расстоянии Ь друг от друга, то при Ь = ¥1 + низкоинтенсивное падающее излучение свободно проходит через ограничитель, причем линза 3 фокусирует падающее излучение в рабочее вещество 6 ограничителя, а линза 4 придаёт выходящему излучению 8 первоначальную форму.

Рис. 7 - Моноблочный ограничитель интенсивности лазерного излучения

Линза 3 фокусирует высокоинтенсивное падающее излучение в среду 6 ограничителя, увеличивая интенсивность падающего излучения до уровня, при котором происходит его ослабление до безопасного уровня.

Список литературы

1. Федоров Б.Ф. Лазеры. Основы устройства и применения, М.: ДОСААФ, 1988, с. 145-159.

2. Tutt L.W., Boggess T.F.. A review of optical limiting mechanisms and devices using organics, fullerenes, semiconductors and other materials // Prog. Quant. Electr., 1993, Vol. 17, p. 299-338.

3. Белоусова И.М., Данилов О.Б., Сидоров А.И. Нелинейно-оптические ограничители лазерного излучения // Оптический журнал, 2009, том 76. №4. с. 71-84.

4. Hollins R.C.. Materials for optical limiters // Current opinion in solid state and materials science, 1999, Vol. 4, p. 189-196.

5. Танеев P.A., Ряснянский А.И., Кодиров M.K., Усманов Т. Нелинейно-оптические характеристики пленок и растворов,

содержащих фуллерены // Квантовая электроника, 2000, том 30, с. 10871095.

6. Бункин Ф.В., Трибельский М.И.. Нерезонансное взаимодействие мощного оптического излучения с жидкостью // УФН, 1980, том 130, № 2, с. 193-239.

7. Герасименко А.Ю., Маслобоев Ю.П., Подгаецкий В.М., Селшцев С.М., Терещенко С.А. Моноблочный ограничитель интенсивности лазерного излучения // Патент РФ № 2350991 от 22 июня 2007 г. (Бюллетень ОИПОТЗ № 9,2009).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлена применимость мероцианиновых пирановых, полиметиновых и дифталоцианиновых органических красителей в ограничителях интенсивности мощного лазерного излучения. С этими нелинейными оптическими средами достигнуто ослабление интенсивности излучения I и II гармоник ИАГ:Ш лазера в видимой и ближней ИК областях спектра соответственно в 3 и 35 раз. В УФ части спектра получено ослабление интенсивности излучения ХеС1 лазера в 10 раз.

2. Показана применимость суспензий наночастиц металлов (платины, алюминия и никеля) в ограничителях интенсивности мощного лазерного излучения. С этими нелинейными оптическими средами получено ослабление интенсивности излучения II гармоники ИАГ:Ш лазера в видимой области спектра в 15 раз.

3. Получено ослабление интенсивности излучения II гармоники ИАГ:Ш лазера в видимой области спектра более, чем в 100 раз в суспензиях многослойных углеродных нанотрубок.

4. По методике Z-сканирования определены нелинейные параметры мероцианиновых пирановых и полиметиновых органических красителей: нелинейный показатель преломления, нелинейный коэффициент поглощения, сечение поглощения из возбужденного синглетного уровня, действительная и мнимая часть нелинейной восприимчивости третьего порядка.

5. Установлена возможность оптотермодинамического перевода в лабильное термодинамическое состояние водных растворов триэтиламина и 2-бутоксиэтанола с нижней критической точкой расслаивания, что позволяет обеспечить неселективное ограничение интенсивности лазерного излучения. Получено ослабление

интенсивности излучения I гармоники ИАГ:Ш лазера в ближней ИК области спектра в 5 раз.

6. Предложен моноблочный ограничитель интенсивности лазерного излучения на основе критических расслаивающихся растворов триэтиламина и 2-бутоксиэтанола, обладающий увеличенной оптической прочностью по сравнению с аналогами, а также возможностью заменяемости нелинейной оптической среды.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Светличный В.А., Изаак Т.И., Подгаецкий В.М., Герасименко А.Ю. Ультрадисперсные системы как лимитеры интенсивности лазерного излучения // Нанотехника, 2009, № 1(17), с. 94-98.

2. Герасименко А.Ю., Подгаецкий В.М., Красовский В.И., Луговский А.П. Обратное насыщение поглощения в красителях ПК 792 и ПК 7098 // Краткие сообщения по физике ФИАН, 2009, № 10, с. 9-19.

3. Gerasimenko A.Yu., Podgaetsky V.M., Krasovsky V.l., Lugovsky A.P., Ponomareva O.V. Nonlinear absorption in pyran dyes DCM // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics), 2009, Vol. 18, No. 3, p. 218-222.

4. Герасименко А.Ю., Ичкитидзе Л.П., Подгаецкий В.М., Селищев C.B. Нанокомпозитный припой для лазерной сварки биологических тканей // Известия вузов. Электроника, 2010, № 4(84), с. 33-40.

5. Gerasimenko A.Yu., Podgaetsky V.M., Semin M.V., Simunin M.M. Development of laser radiation limiters based on splitting solutions // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics), 2010, Vol. 19, No. 4, p.

.274-222.

6.Герасименко А.Ю., Маслобоев Ю.П., Подгаецкий B.M., Селищев С.М., Терещенко С.А. Моноблочный ограничитель интенсивности лазерного излучения // Патент РФ № 2350991 от 22 июня 2007 г. (Бюллетень ОИПОТЗ № 9,2009).

7. Герасименко А.Ю., Подгаецкий В.М., Пономарева О.В. Способы лимитирования лазерного излучения // Лазеры в науке, технике и медицине: Тезисы докладов XIV Международной НТК (г. Сочи, 2005). -М.:МНТОРЭС им. A.C. Попова, 2005. - с. 49-53 .

8. Герасименко А.Ю., Подгаецкий В.М., Комлев И.В.. Конструкции лимитеров лазерного излучения. // Лазеры в науке, технике и медицине: Тезйсы докладов XIV Международной НТК (г. Сочи, 2006). -М.:МНТОРЭС им. A.C. Попова, 2006. - с. 49-55.

-259. Герасименко А.Ю.. Методы лимитирования лазерного излучения // Микроэлектроника и информатика - 2006. XIII всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2006. — с. 308.

10. Герасименко А.Ю., Лисин A.B.. Механизмы ограничения лазерного излучения // Микроэлектроника и информатика - 2007. XIV всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2007. - с. 340.

11. Герасименко А.Ю., Лисин A.B., Подгаецкий В.М.. Механизмы и конструкции лимитеров лазерного излучения // Биомедицинские электронные системы - 2007: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2007. - с. 237-252.

12. Герасименко А.Ю., Красовский В.И., Луговский А.П., Подгаецкий В.М., Пономарева О.В., Терещенко С.А.. Нелинейные свойства стириловых и полиметиновых красителей - рабочих веществ лимитеров лазерного излучения. // Лазеры в науке, технике и медицине: Тезисы докладов XIV Международной НТК (г. Сочи, 2007). - М.:МНТОРЭС им. A.C. Попова, 2007. - с. 141-146.

13. Герасименко А.Ю.. Нелинейные характеристики рабочих веществ лазерных лимитеров // Микроэлектроника и информатика - 2008. XV всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов: Тезисы докладов.-М.: МИЭТ, 2008.-с. 257.

14. Герасименко А.Ю., Морозов P.A., Бобринецкий И.И. Разработка физико-технологического базиса лазерного наноформирования биосовместимых композитов // Международного форума по нанотехнологиям (Rusnanotech 09): Тезисы докладов. - М.: Москва, 2009.-с. 790.

15. Герасименко А.Ю.. Применение наноматериалов в лимитерах интенсивности лазерного излучения // Микроэлектроника и информатика - 2009. XVI всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов: Тезисы докладов. — М.'. МИЭТ, 2009. — с. 277.

16. Герасименко А.Ю. Устройство для лазерного формирования объемных нанокомпозитов и лазерной наносварки биологических тканей // 2я молодых ученых и специалистов: Тезисы докладов. — М.: Зеленоград, 2010.-с. 19.

17. Герасименко А.Ю. Применение нанокомпозитного припоя для лазерной сварки биологических тканей // Микроэлектроника и информатика - 2010. XVII всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2010. - с. 276.

18. Герасименко А.Ю. Лазерная сварка биологических тканей с использованием нанокомпозитного припоя на основе водной дисперсии альбумина // Актуальные проблемы современных наук-2010: Тезисы докладов. - М.: Ставрополь, 2010, т. 28 . - с. 66-68.

19. Агеева С.А., Герасименко А.Ю., Елисеенко В.И., Подгаецкий В.М., Селищев C.B. Исследование возможности применения метода лазерной наноинженерии в медицинских целях // Зй Евразийский конгресс по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика-2010»: Тезисы докладов. -М.: МГУ, 2010, том 3, - с. 266-268.

Формат 60x84 1/16. Уч.-изд. л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ т.

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ.

Введение.

Глава 1 Свойства нелинейных оптических сред и особенности конструкции ограничителей интенсивности лазерного излучения.

1.1 Виды нелинейных оптических сред.

1.1.1 Растворы органических красителей.

1.1.2 Многокомпонентные соединения.

1.1.3 Другие виды нелинейных оптических сред.

1.2 Конструкция ограничителей лазерного излучения.

1.2.1 Фокусирующие ограничители.

1.2.2 Многослойные ограничители.

1.2.3 Монолитные ограничители.

1.3 Выводы.

Глава 2 Методика исследования характеристик нелинейных оптических сред

2.1. Приготовление нелинейных оптических сред.

2.1.1 Термостабилизация растворов.

2.2 Измерение спектральных характеристик неинейных оптических сред.

2.3 Измерение оптотермодинамических характеристик расслаивающихся растворов Г.

2.4 Е-сканирование растворов органических красителей.

2.5 Выводы.

Глава 3. Исследования нелинейных оптических сред.

3.1 Растворы органических красителей.

3.2 Z-cкaниpoвaниe растворов мероцианиновых пирановых красителей.

3.3 Z-cкaниpoвaниe растворов,полиметиновьтх красителей.

3.4 Выводы.

Глава 4 Исследование ограничения лазерного излучения в многокомпонентных нелинейных средах.

4.1 Исследование многокомпонентных нелинейных оптических сред.

4.2 Ослабление интенсивности лазерного излучения в расслаивающихся растворах

4.3 Нелинейные характеристики расслаивающихся растворов триэтиламина и 2-бутоксиэтанола.

4.4 Моноблочный ограничитель лазерного излучения на расслаивающихся растворах.

4.6 Выводы.

Изобретение лазера стоит в одном ряду с наиболее выдающимися достижениями науки и техники двадцатого века. Первый лазер появился в 1960 г. и сразу же началось бурное развитие лазерной техники. В короткое время были созданы разнообразные типы лазеров и лазерных устройств, предназначенных для решения конкретных научных и технических задач.

Лазеры уже успели завоевать прочные позиции во многих отраслях народного хозяйства. С помощью мощного- лазерного излучения уже удалось достичь рекордно высоких значений температуры, давления, напряженности магнитного поля. Наконец, лазерный луч является самым емким« носителем информации и в этой роли — принципиально новым средством ее передачи и обработки.

Мощные лазерные системы нашли применение в специальной технике, например, для* разработки систем противоракетной обороны, лазерного оружия и лучевой передачи энергии.

Однако, лазерные приборы, широко использующиеся для1 многих целей, представляют существенную' опасность для органов зрения и иной светочувствительной аппаратуры. Человеческий глаз высоко чувствителен в видимом диапазоне спектра, в котором существует большое разнообразие мощного лазерного оборудования. В этом части спектра, излучение, не воспринимаясь глазом человека как световой раздражитель, проходит через оптические среды глаза с минимальным поглощением и фокусируется, на глазном дне. В результате его воздействия: происходит термический ожог сетчатки и сосудистой оболочки органов зрения. Возрастание интенсивности лазерных лидаров, оптических дальномеров и целеуказателей выявило возможность разрушения повсеместно применяемых оптических систем. Все эти обстоятельства послужили причиной значительного роста интереса к ограничителям энергии и мощности опасного лазерного излучения [1-4].

Проблема создания ограничителей лазерного излучения (ОЛИ) нашла отражение в многочисленных статьях в научных журналов и докладах на ряде международных и российских конференций, в т.ч. посвященных только этой проблеме [5-8].

При разработке экспериментальных образцов ОЛИ были использваны такие физические явления (механизмы ограничения лазерного излучения), как, обратное насыщаемое поглощение (ОНП) излучения из возбужденных состояний молекул красителей, двухфотонное поглощение (ДФП) света в< органических красителях и термическая дефокусировка лазерного излучения в жидкостях и газах, а также некоторые другие явления.

Для решения задачи защиты органов зрения и сенсоров оптических систем, прежде всего, необходимо создание нелинейных ОЛИ, пропускание которых достаточно быстро снижается с увеличением» интенсивности попадающего на них излучения, при этом ограничивая проходящее излучение до безопасного уровня. Требуемая скорость срабатывания определяется соответствующими параметрами действующего лазерного излучения [9-11]. Использование ограничителей лазерного излучения позволяет получать достаточно высокие значения!коэффициента ослабления (КО) лазерного излучения.

Основное внимание в данной работе обращено * на исследование и совершенствование ограничителей лазерного излучения на основе обратного насыщаемого поглощения в органических красителях и ОЛИ на основе оптотермодинамических являний в бинарных расслаивающихся растворах.

При разработке ограничителей интенсивности лазерного излучения должны быть учтенными важнейшие характеристики ОЛИ, обеспечивающие их эффективное использование:

1. Широкая спектральная область высокого линейного (начального) пропускания Г0 (А,), где X - длина волны излучения.

2. Высокая степень ослабления интенсивности излучения«- большое значение коэффициента ослабления КО, под которым понимается отношение Т0 к пропусканию ОЛИ Т при заданной интенсивности (плотности энергии Е1Б или плотности мощности N / £) падающего излучения, где 5 - площадь поперечного сечения пучка лазерного излучения.

3. Предельно достигаемое значение коэффициента ослабления КОмакс при максимальных значениях которое обычно находится в области насыщения зависимостей или

4. Высокая скорость включения ОЛИ (минимальное время срабатывания).

5. Низкая пороговая плотность интенсивности падающего излучения, при которой становится заметным снижение пропускания излучения (порог оптического ограничения - ПО).

6. Низкий достигаемый (ослабленный) уровень интенсивности выходного излучения, что обеспечивает надежную защиту чувствительных сенсоров оптических систем и органов зрения.

7. Отсутствие искажений (окрашивания) изображений, находящихся в поле зрения наблюдателя, и сужение области спектральной чувствительности оптических сенсоров при прохождении низкоинтенсивного излучения. Таким образом, следует минимизировать перекрытие области пропускания низкоинтенсивного излучения полосами линейного поглощения нелинейной оптической среды.

Задача создания эффективных ограничителей интенсивности мощного лазерного излучения требует анализа условий их применения, которые определяют выбор того или иного типа рабочего вещества, в совокупности с подходящей конструкцией.ОЛИ.

Основное внимание в данной работе1 обращено на исследование и совершенствование ограничителей лазерного излучения на основе обратного насыщаемого поглощения * в органических красителях и ОЛИ на основе оптотермодинамических являний в бинарных расслаивающихся растворах. Цель работы, задани и положения, выносимые на защиту. Целью данной работы является создание и исследование характеристик новых нелинейных оптических сред и конструкций ограничителей интенсивности мощного лазерного излучения.

Научная.новизна работы состоит

• Предложены новые нелинейные оптические среды ограничителей интенсивности лазерного излучения на основе растворов полиметиновых, мероцианиновых пирановых и дифталоцианиновых красителей с динамическим поглощением высокоинтенсивного излучения.

• Предложены новые нелинейные оптические среды ограничителей интенсивности лазерного излучения на основе суспензий наночастиц углерода, металлов и полупроводников с термическим рассеянием высокоинтенсивного излучения.

• Предложены новые нелинейные оптические среды ограничителей интенсивности лазерного излучения на основе расслаивающихся растворов со светоиндуцированным критическим рассеянием.

Практическая и научная значимость работы

• Предложенный моноблочный ограничитель интенсивности' лазерного излучения на основе бинарных расслаивающихся растворов с нижней критической точкой расслаивания обеспечивает увеличенную оптическую прочностью и возможностью заменяемости нелинейной оптической среды.

• Исследуемая проблема связана с перспективами широкого тиражирования моноблочных ограничителей на предприятиях оптико-механической промышленности.

• Предложенные новые технические решения удовлетворяют требования практики по созданию эффективных нелинейных оптических сред и оптически прочных конструкций ограничителей.

• Решаемая задача соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники, а также критическим'технологиям Российской Федерации. ,

Личный вклад соискателя.

Автор лично выполнял комплекс исследований нелинейных оптических сред, разработал конструкцию моноблочного ограничителя мощного лазерного излучения на основе бинарных растворов с нижней критической точкой расслаивания, принял деятельное участие • в постановке задач в соответствии, с целями исследований.

Исследования (комплексного характера проводились по инициативе автора в рамках сотрудничества с Центром естественно-научных исследований ИОФ РАН. Достоверность научных положений, результатов и выводов Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждена: комплексным характером проведенных исследований и сопоставлением результатов работы с данными опубликованных научных исследований и содержанием патентного фонда Российской Федерации и ведущих зарубежных стран.

Полученные экспериментальные результаты и разработанные методики не противоречат известным теоретическим моделям и представлениям, которые были экспериментально подтверждены. Их корректность косвенно подтверждается результатами других исследователей. Все исследования проведены на сертифицированном оборудовании.

Положения выносимые на защиту:

1. 2-сканирование растворов мероцианиновых пирановых и полиметиновых красителей позволяет определить их нелинейные характеристики: сечение поглощения из возбужденного уровня; нелинейный коэффициент поглощения, нелинейный показатель преломления, действительную и мнимую части нелинейной восприимчивости-третьего порядка.

2. Использование суспензии многослойных углеродных нанотрубок в качестве нелинейной оптической среды ограничителя, интенсивности лазерного излучения с ограничивающей диафрагмой позволяет получить значительное (более, чем в 100 раз) ослабление плотности мощности излучения ИАГ:Ыс1 лазера.

3. Оптотермодинамический1 перевод бинарных растворов с нижней критической точкой расслаивания в лабильную область диаграммы термодинамического состояния растворов - позволяет обеспечить неселективное ограничение интенсивности лазерного излучения.

4. Использование бинарных растворов с нижней критической точкой расслаивания в качестве нелинейной оптической среды моноблочного ограничителя интенсивности лазерного- излучения позволяет увеличить оптическую прочность ограничителя а, обеспечить заменяемость нелинейной оптической среды.

Апробация работы Материалы диссертации были представлены на:

• II Международном форуме по нанотехнологиям "КшпашЛесЬ" (Москва, 2009)

• ХУ1-ХУ1П, XXI Международных конференциях "Лазеры в науке, технике, медицине " (Сочи, 2005, 2006, 2007, 2010)

• III Евразийском конгрессе по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика-2010» (Москва, 2010)

• VI Международной НТК «Информационные технологии в науке, технике и технологии» (Абхазия, 2010)

• 12-17 Всероссийских межвузовских НТК студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (Москва, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010).

• IX Московском Международном Салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2009).

• XII, XIII Московских международных Салонах изобретений и инновационных технологий «Архимед» (Москва, 2009, 2010).

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, изложена на 121 странице и включает 55 рисунков и 7 таблиц. Список литературы содержит 115 источников. Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, а также основные положения, выносимые на защиту. В первой главе приведен обзор научной литературы и патентного, фонда по свойствам, нелинейных оптических сред и особенностям конструкций ограничителей интенсивности лазерного излучения. Во второй главе описываются методики приготовления и исследования оптических свойств нелинейных оптических сред. В третьей главе представлены результаты исследования ослабление интенсивности лазерного излучения с помощью органических красителей. В четвёртой, главе описывается исследование многокомпонентных дисперсных нелинейных оптических сред, а также описывается оптотермодинамический перевод бинарных растворов с нижней критической точкой расслаивания в лабильную область диаграммы термодинамического состояния: Показана возможность применения бинарных растворов в»моноблочном ограничителе интенсивности лазерного излучения

4.5 Выводы

Рассмотрена возможность использования коллоидов наночастиц различных материалов для ограничения интенсивности мощного лазерного излучения. В результате выявлены наночастицы металлов и углеродсодержащие суспензии с наибольшим КО. Несмотря на меньшие коэффициенты ослабления, по сравнению, например, с растворами красителей, работающих на- механизме обратного насыщенного поглощения, среды, где активным материалом 1 являются наночастицы, имеют конструктивные преимущества и могут успешно с ними конкурировать при. ограничении наносекундных и более длинных импульсов. К основным преимуществам коллоидов наночастиц можно отнести: отсутствие окраски (или слабую окраску) среды; широкий спектральный диапазон работы (весь видимый и ближний ИК диапазон); отсутствие насыщения поглощения (просветления) при больших интенсивностях возбуждения.

В расслаивающихся растворах с нижней критической точкой расслоения ТЭА/вода- и БТЭ/вода обнаружен светоиндуцированный спинодальный распад, который происходил при оптотермодинамическом переводе растворов через критическую точку под действием лазерного излучения. Это приводит к созданию в РР лабильного состояния (фазовой неустойчивости), релаксация которого в устойчивое состояние происходит с образованием микрогетерофазных неоднородностей концентрации и последующим расслоением. Объемный рост новой фазы сопровождается появлением неоднородностей показателя преломления, что вызывает усиление рассеяния излучения вблизи критической температуры. Концентрация раствора вблизи ее критического значения может меняться в достаточно широких пределах.

Приведены результаты измерений зависимостей пропускания исследованных растворов от плотности мощности падающего лазерного излучения N/S, полученные при различных начальных отклонениях от критической температуры АТА = Ткр - ТА. Ослабление падающего излучения растет при уменьшении АТп и достигает максимального значения КО ~ в 4 для РР ТЭА/вода при минимальном значении АТп = 0,005 °С и N/S ~ 40 кВт/см (плотности энергии излучения W/S ~ 60 Дж/см2). В случае РР БТЭ/вода при минимальном значении АТп = 0,1 °С и N/S ~ 40 кВт/см (плотности энергии излучения W/S ~ 60 Дж/см ) значение КО ~ 2,5.

Измерены коэффициенты ослабления КО излучения лазера на неодимовом стекле с длительностью импульса излучения г = 1,5 мс при плотности мощности (интенсивность) излучения N/S < 150 кВт/см ,с использованием моноблочного ограничителя лазерного излучения с корпусом из оптического стекла, во внутренней полости которого находился водный раствор ТЭА концентрации Срав =

30 % при температуре tpa0 = 15 °С. Значение КО составило 5. При измерения КО излучения того же лазера, с использованием водного раствора 2-бутоксиэтанола концентрацией с б — 28 % при температуре tpaf¡ = 45 °С, его значение составило 2.

Заключение

В Главе 1 был проведен аналитический обзор свойств нелинейных оптических сред и особенностей конструкции ограничителей интенсивности лазерного излучения. Приведены характеристики органических красителей, многокомпонентных соединений и других видов нелинейных оптических сред, а также конструкции фокусирующих, многослойных и монолитных ограничителей лазерного излучения.

В Главе 2 описаны методики приготовления нескольких видов нелинейных оптических сред, таких как растворы органических красителей из классов порфиринов, фталоцианинов, мероцианиновых пирановых красителей и полиметинов; ультрадисперсные системы на основе углеродных наночастиц, коллоидов наночастиц металлов (платины, никеля, серебра, алюминия), наночастиц полупроводников и диэлектриков (оксидов олова и индия, кремния) и критические расслаивающиеся растворы на основе триэтиламина и 2-бутоксиэтанола. Изложены методики проведения экспериментальных исследований по определению оптических характеристик нелинейных оптических сред. Представлена методика определения параметров ослабления лазерного излучения в нелинейной оптической среде. Описана методика измерения оптотермодинамических характеристик критических расслаивающихся растворов, применяемых для ослабления интенсивности лазерного излучения. Изложена методика Z-сканирования, которая позволяет одновременно определять величины действительной и мнимой частей нелинейной восприимчивости третьего порядка среды и их знаки.

В Главе 3 были измерены спектры поглощения ряда растворов мероцианиновых пирановых органических красителей ДЦМ 187 - 1 и ДЦМ 187-2 в этилацетате, ДЦМ и ДЦМ 684 в ПГК, а также полиметиновых красителей ПК 789, ПК 792, ПК 823, ПК 842, ПК 877, ПК 7098 в этаноле и красителя дифталоцианина лютеция в этаноле (рис. 3.3 - 3.12). Определено спектральное положение максимумов длинноволновых полос поглощения и молярные экстинкции соединений в максимумах полос поглощения (Лп0Г1) и на длине волны возбуждения Лв = 532 нм (е532 ). В случае дифталоцианина лютеция показаны данные для крайней полосы поглощения в видимой области спектра (Лпо„ = 632 нм) ( таблица 3.1).

Проведено измерение зависимостей плотности энергии прошедшего излучения EIS от плотности энергии падающего излучения W/S и зависимостей пропускания растворов Т от плотности мощности падающего излучения N/S приведены на рис. 3.13 - 3.24.

В полиметиновых красителях ПК 789, ПК 792, ПК 823, ПК 842 и ПК 877 обнаружен заметный эффект ослабления интенсивности видимого излучения II гармоники MAT:Nd лазера (Лв = 532 нм) и УФ излучения (Лв = 308 нм) ХеС1 лазера при N/S« 10 МВт/см2. В случае соединения ПК 792 в этаноле значение максимальное значение коэффициента ослабления достигало КО = 25-35 при N/S= 150-250 МВт/см2.

Для соединений ПК 823, ПК 842 и ПК 877 в этаноле эффект ослабления меньше, чем в случае красителя ПК 792: при N/S = 200-250 МВт/см2 КО ~ 10; в водном растворе соединения ПК 877 ослабление мало: при N/S = 100-250 МВт/см2 КО « 2-3. Растворы мероцианиновых пирановых красителей ДЦМ в этилацетате позволяют несколько ослабить интенсивность излучения на X = 532 нм. Значение Т падает здесь от 70 % до 10-20 % (КО = 3-6) при N/S = 200-300 МВт/см2. Эффект ослабления излучения выше для соединения ДЦМ 187-2. В растворах дифталоцианина лютеция в этаноле и хлороформе получено небольшое ослабление на Лв = 532 нм: уменьшение Т от 70 % до 20-25 % (КО « 3) при N/S = 100-200 МВт/см2.

Проведено исследование растворов мероцианиновых пирановых красителей ДЦМ и ДЦМ 684 и полиметиновых красителей ПК 792 и ПК 7098 по методике Z-сканирования на длине волны лазерного излучения- 532 нм при длительности импульса 350 пс. Определены нелинейные параметры нелинейный показатель преломления ß, сечение поглощения аг между первым и вторым возбужденными синглетными уровнями красителей, нелинейный коэффициент поглощения, действительная часть Rе^(3) и мнимая часть Im^(3) нелинейной восприимчивости третьего порядка %(Ъ). Из приведенных в данной главе данных видно, что действительная часть восприимчивости третьего порядка Re^(3) мала по сравнению с мнимой частью Следовательно, в исследованных растворах органических красителей практически отсутствует нелинейная рефракция. Наибольшую нелинейность среди исследованных веществ проявляет раствор полиметинового красителя ПК-7098 в ПГК.

В Главе 4 рассмотрена возможность использования коллоидов наночастиц различных материалов для ограничения интенсивности мощного лазерного излучения. В результате выявлены наночастицы металлов и углеродсодержащие суспензии с наибольшим КО. Несмотря на меньшие коэффициенты ослабления по сравнению, например, с растворами красителей, работающих на механизме обратного насыщенного поглощения, среды, где активным материалом являются наночастицы, имеют конструктивные преимущества и могут успешно с ними конкурировать при ограничении наносекундных и более длинных импульсов. К основным преимуществам коллоидов наночастиц можно отнести: отсутствие окраски (или слабую окраску) среды; широкий спектральный диапазон работы (весь видимый и ближний ИК диапазон); отсутствие насыщения поглощения (просветления) при больших интенсивностях возбуждения.

В расслаивающихся растворах с нижней критической точкой расслоения ТЭА/вода- и БТЭ/вода был обнаружен светоиндуцированный спинодальный распад, который происходил при оптотермодинамическом переводе растворов через критическую точку под действием лазерного излучения. Это приводит к созданию в РР лабильного состояния (фазовой неустойчивости), релаксация которого в устойчивое состояние происходит с образованием микрогетерофазных неоднородностей концентрации и последующим расслоением. Объемный рост новой фазы сопровождается появлением неоднородностей показателя преломления, что вызывает усиление рассеяния излучения вблизи критической температуры. Концентрация раствора вблизи ее критического значения может меняться в достаточно широких пределах .

Приведены результаты измерений зависимостей пропускания исследованных растворов от плотности мощности падающего лазерного излучения N/S, полученные при различных начальных отклонениях от критической температуры л

АТА = Thp - Тл. Ослабление падающего излучения растет при уменьшении АТп и достигает максимального значения КО ~ в 4 для РР ТЭА/вода при минимальном значении А Т„ = 0,005 °С и N IS ~ 40 кВт/см2 (плотности энергии излучения WIS ~ 60 Дж/см ). В случае РР БТЭ/вода при минимальном значении АТп = 0,1 °С и о n

N IS ~ 40 кВт/см (плотности энергии излучения WIS -60 Дж/см ) значение КО -2,5.

Были проведены измерения коэффициента ослабления КО излучения лазера на неодимовом стекле с длительностью импульса излучения т = 1,5 мс при л плотности мощности (интенсивность) излучения N1S < 150 кВт/см , с использованием моноблочного ограничителя лазерного излучения с корпусом из оптического стекла, во внутренней полости которого находился водный раствор ТЭА концентрации Сраб = 30 % при температуре tpa6 = 15 °С. Значение КО составило 5. При измерения КО излучения того же лазера, с использованием водного раствора 2-бутоксиэтанола концентрацией с б = 28 % при температуре t б = 45 °С, ёго значение составило - 3.

В заключении автор считает своей приятной обязанностью выразить искреннюю благодарность своему научному руководителю В.М. Подгаецкому за постоянное внимание и помощь на всех этапах работы, C.B. Селищеву, С.А. Терещенко, Ю.П. Маслобоеву и Д.А. Потапову за совместную работу, В.А.Светличному, Н.С. Воробьёву, В.И. Красовскому, О.В. Пономаревой, O.P. Хроловой, И.В. Комлеву и М.А. Тавризовой за помощь при проведении экспериментальных исследований и приготовлении экспериментальных образцов.

1. Федоров Б.Ф. Лазеры. Основы устройства и применения, Москва: ДОСААФ, 1988, с.145-159.

2. П.С.Авдеев, Ю.Д.Березин, В.В.Волков. Лазер в лечении стромальных заболеваний роговицы // Вестник офтальмологии, 1981, № 1, с. 32-35.

3. Степанов А.Г., Сабарно Р.В. Техника безопасности при эксплуатации лазерных установок. Киев: Техника, 1989, 110 с.

4. Hollins R.C. Materials for optical limiters // Current opinion in solid state and materials science, 1999, Vol. 4, p. 189-196.

5. Tech. Progr. XI Intern. Confer. «Laser Optics», St.Petersburg, Russia, 2003.6. Tech. Progr. XII Conference on Laser Optics. St.Petersburg, 2006,

6. Nonlinear Optics, 1999, v. 21.

7. Nonlinear Optics, 2001, v. 27.

8. Hecht J. E-O tools prove vital to modern medicine Laser Focus World, 1996,-No. 11, p.37-38.

9. Белоусова И.М., Данилов О.Б., Сидоров А.И. А.А. Нелинейно-оптические ограничители лазерного излучения // Оптический журнал. 2009, том 76, № 4, с. 7184.

10. Копылова Т.Н., Луговский А.П., Подгаецкий В.М., Пономарева О.В., Светличный В.А. Ограничитель интенсивности лазерного излучения на основе полиметиновых красителей. // Квантовая электроника, 2006, том 36, № 3, с. 274279.

11. Guiliano C.R., Hess L.D. Reverse saturable absorption // IEEE J. Quant. Electr., 1967, Vol. 3, p. 358-367.

12. Грязнов Ю.М., Лебедев О.Л., Частов А.А. Вид последовательности спиновых эхо при использовании импульсов, не удовлетворяющих условию поворота на 180° // Журнал прикладной спектроскопии, 1969, том 11, № 1, с. 76-781

13. Blau W., Byrne Н., Dennis W.M., Kelly J.M. Reverse Saturable Absorption in Tetraphenylporphyrins // Opt. Comm., 1985, Vol. 56, p. 25-29.

14. Dou K., Sun X., Wang X., Parkhill R., Guo Y., Knobbe E.T. Optical limiting and, nonlinear absorption of excited' states in metalloporphyrin-doped sol-gels // IEEE J. Quant. Electr., 1999, Vol. 35, No. 7, p. 1004-1014.

15. Balenko V.G., Bogdanova M.G., Kovshev E.I., Luk'yanets E.A., Mizin V.M., Tomilova L.G., Timokhovich N.V. Early Haustorium Development in Triphysaria: A View from Inside the Nucleus // Abstr. II Int.Symp. «C.F.Dye'92», Kobe, Japan, 1992, p.77-79.

16. Perry J.W., Khundar L.R., Coulter D.R., Alvarez D., Marder S.R., Wei Т.Н., Sence M.J., Van Stryland E.W., Hagan D.J., Messier J. Refraction in Solutions of Phthalocyanines //Nato ASI ser. E, 1991, Vol. 194, p. 369-378.

17. Perry J. W., Mansour K., Lee I.Y.S, Wu X.L., Bedworth P.V., Chen C.T., Ng D., Marder S.R., Miles P., Wada Т., Tian M., Sasabe H. Organic Optical Limiter with a Strong Nonlinear Absorptive Response // Science, 1996, Vol. 273. No. 5281, p. 15331536.

18. Mansour K., Alvarez D., Perry K.J., Choong I., Marder S.R., Perry J.W. Optical power limiting in multilayer systems with nonlinear response // Proc. SPIE Int.Soc.Opt.Eng., 1993, Vol. 1853, p. 132-140.

19. Perry J.W., Mansour K., Marder S.R., Perry K.J., Alvarez D., Choong I. Enhanced Reverse Saturable Absorption and Optical Limiting in Heavy-Atom Substituted Phthalocyanines // Opt.Letts., 1994, Vol. 19, No. 9, p. 625-627.

20. Hu S., Wang H-L., Malko A., Kohman R., Smilowitz L., Klimov V., McBranch D.W. Fullerene-polymer solar cells // Proc. SPIE Int.Soc.Opt.Eng., 1999, Vol. 3978, p. 76-84.

21. Perry J.W., Mansour K., Lee I.-Y.S., Wu X.-L., Bedfoth P.V., Chen C.-T., Ng D., Marder S.R., Miles P., Wada Т., Tian M., Sasabe H. Organic optical limiter with a strong nonlinear absorptive response // Science, 1996, Vol. 273, p. 1553-1536.

22. Guo F., Chen Yu., Sum W., Wang D., Zhao L., Lu Z., Xie Y. Optical limiting of penta-azadentate complexes in solution for picosecond pulses // Proc. SPIE Int.Soc.Opt.Eng., 1999, Vol. 3978, p. 58-65.

23. Воропай E.C., Попечиц В.И., Самцов М.П. Спектральные свойства и устойчивость полиметиновых красителей в растворах. Минск: Техника, 1992, 265 с.

24. Светличиый В.А., Светличная Н.Н., Синченко Е.И., Вайтулевич Е.А., Лапин И.Н. Оптическое лимитирование наносекундного лазерного излучения полиметиновыми красителями // Оптика атмосферы и океана, 2003, том 16, № 8. с. 747-750.

25. Xia Т., Hagan D.J., Sheik-Bahae М., Van Stryland E.W. Eclipsing z-scan meashurement of X/104 wave-front distortion // Opt.Lett., 1994, Vol. 19, No. 5, p. 17871803.

26. Танеев P.A., Ряснянский А.И., Кодиров M.K., Усманов Т. Нелинейно-оптические характеристики пленок и растворов, содержащих фуллерены //Квантовая электроника, 2000, том 30, № 12, с. 1087-1090.

27. Светличный В. А. Экспериментальное исследование нелинейного поглощения растворов полиметиновьтх красителей методом z-сканирования // Квантовая электроника, 2006, том 36, № 1, с. 51-56.

28. Hollins R.C. Goals, architectures, and materials for broadband eye protection // Nonlinear Optics, 2001, Vol. 27, p. 1-11.

29. Hoffman R.C., Stetyich K.A., Potember R.S. Solvent effect on the third-order nonlinearity and optical limiting ability // J.Opt.Soc.Amer.B, 1989, Vol. 6, No. 4, p. 772777.

30. Wu X.-L., S.Lee I.-Y., Hu Z.-Y., Rckel H., Marder S.R., Perry J.W. Two-Photon Absorption and broadband optical limiting with bis-donor stilbenes // Optical Letts., 1997, Vol. 22, No. 24, p. 1843-1845.

31. Oberle J., Bramerie L., Jonusauskaus G., Rulliere C. Optical-limiting properties of a push-pull diphenyl-butadiene // Optics Comm., 1999, Vol. 169, p. 325-332.

32. Perry J.W., Barlow S., Ehrlich J.E., Heikai A.A., Hu Z.-Y., Lee L.-Y.S., Mansour K., Marder S.R., Rockel H., Rumi M., Thayumanavan S., Wu X.L. Substituted conjugated organic chromophores //Nonlinear optics, 1999, Vol. 21', No. 1-4, p. 225-238.

33. Khoo L.C., Chen P.H., Wood M.V., Miller M.J., Mott A., Perry MJ. Nanosecond and picosecond nonlinear absorption studies of a highly nonlinear organic liquid for optical limiting application // Proc. SPIE Int.Soc.Opt.Eng., 1999, Vol. 3978, p.c46-57.

34. Qureshi F.M., Martin S.J., Kar A.K., Anderson H.L. Optical limiting properties of a zinc porphyrin and monomer model compounds // Chem. Phys., 1998, Vol. 231, p.87-94.

35. Чуносова C.C., Светличный B.A., Мешалкин Ю.П. Измерение сечения двухфотонного поглощения дициапометилен-пиранов методом z-сканирования // Квантовая электроника, 2005, том. 35, № 5, с. 415-419.

36. Hecht J. Nanosecond optical limiter exceeds dynamic range of 7500 // Laser Focus World, 2000, No. 6,p.ll.

37. Белоусов В.П., Белоусова И.М., Будтов В.П., Данилов В.В., Данилов О.Б., Калинцев А.Г. Мак А.А. Фуллерены: структурные, физико-химические и нелинейно-оптические свойства // Оптический журнал, 1997, том 64. № 12. с. 3-37.

38. Сидоров А.И., Виноградова О.П., Бандюк О.В. Особенности нелинейно-оптического отклика композитных сред на основе наноструктур с поглощающим ядром и металлической оболочкой вблизи плазмонного резонанса // ЖТФ, 2008, том 78, № 6, с. 70-75.

39. Tutt L.W., Kost A. Optical Limiting Performance of C6o and C70 solutions // Nature, 1992, Vol. 356, p. 225-226.

40. Kost A., Tutt L., Klein M.B., Dougherty Т.К. W.E.Elias. Optical limiting with C60 in polymetyl methacrylate // Optics Letts., 1993, Vol. 18, No. 5, p. 334-336.

41. Tutt L.W., McCahon S.W. Reverse saturable absorption in metal cluster compounds // Optics Letts., 1990, Vol.15, No. 12, p. 700-702.

42. Tutt L.W., Boggess T.F. A review of optical limiting mechanisms and devices using organics, fiillerenes, semiconductors and other materials // Prog. Quant. Electr., 1993, Vol.17, p. 299-338.

43. Каманина H.B., Капорский JI.H. Оптическое ограничение лазерного излучения в диспергированных жидкокристаллических структурах с фуллеренами // Письма в ЖТФ, 1999, том 25, № 7, с. 18-24.

44. Каманина Н.В., Капорский JI.H., Leyderman A., Barrientos А. Исследование эффекта оптического ограничения лазерного излучения в фуллеренсодержащей системе COANP-полиимид // Письма в ЖТФ, 2000, том 26, № 7, с. 24-30.

45. Каманина Н.В., Александрова E.JL, Капорский JI.H. Эффект оптического ограничения в тонких пленках С70-полиимид. Влияние фуллеренов на пропускание фуллеренсодержащих пленок азидов // Письма в ЖТФ, 2000, том 26, № 9, с. 87-93.

46. Belousova I.M., Mironova N.G., Scobelev A.G. The investigation of nonlinear optical limiting by aqueous suspensions of carbon nanoparticles // Opticalvcommunications, 2004 Vol. 235 No. 4-6 p. 445-452.

47. Hagan D.J., Van Stryland E.W., Wu Y.Y., Wei Т.Н., Sheik-Bahae M., Said A., Mansour K., Young J., Soileau M.J. Passive broadband high-dynamic-range semiconductor limiters //Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng., 1989, Vol. 1105, p.103-113.

48. Багров И.В., Жевалков А.П., Михеева О.П., Сидоров А.И., Судариков В.В. Низкопороговое ограничение инфракрасного излучения в примесных полупроводниках // Оптический журнал, 2002, том 69, № 2, с. 1'5-20.

49. Данилов О.Б., Климов В.А., Михеева О.П., Сидоров А.И., Тульский С.А., Шадрин Е.Б., Янчев И.Л. Оптическое ограничение излучения среднего К диапазона в пленках диоксида ванадия // ЖТФ, 2003, том 73, № 1, с. 77-80.

50. О.Б. Данилов, А.И. Сидоров. Оптический ограничитель. Патент РФ № 2216837,01.10.01.

51. Сидоров А.И. Оптические свойства композита с наночастицами серебра в диапазоне 8-12 мкм // Оптический журнал, 2003, том 70, № 2, с. 9-14.

52. Михеева OIL, Сидоров А.И. Оптические ограничители 10-микронного излучения наночастицами хлорида серебра // Письма ЖТФ, 2004, том 74, № 6; с. 16-19.

53. Сидоров А.И., Виноградов О.П., Бандюк О.В. Особенности нелинейно-оптического отклика композитных сред на основе наноструктур с поглощающим ядром и. металлической оболочкой вблизи плазменного резонанса // ЖТФ, 2008, том 78, № 6, с. 70-75.

54. Сидоров А.И., Виноградов О.П:, Бандюк О.В. Нелинейно-оптический отклик полупроводниковых наночастиц с металлической оболочкой на длине волны 1,06 мкм // Оптический журнал, 2008, том 75, № 7, с. 11-17.а

55. Ораевский A.H. Некоторые аспекты энергетики прямого преобразования световой энергии в химическую // Химия высоких энергий, 1981, том 15, с. 462467.

56. Ораевский А.Н., Проценко И.Е. Процесс формирования когерентности в лазерах // Изв. АН СССР, 1986, том 50, № 4, с. 715-725.

57. Soileau M.J., Van stryland E.W., Guna S., Sharp E.J., Wood'G.L., Pohlman J.L. Nonlinear optical properties of liquid crystals in the isotropic phase // Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1987, Vol.143, p. 139-142.

58. Duguay M.A., Hansen J.W. Picosecond fluorescent kinetics of in vivo chlorophyll // Appl.Phys.Letts., 1969, Vol. 15, No. 6, p. 192-195.

59. Фабелинский И.Л. Спектры света молекулярного рассеяния и некоторые их применения // Успехи физических наук, 1994, том 164, No. 9, с. 897-935.

60. Chang T.Y. From power limiting experiments an nonlinear refractive index value fifty eight times that for carbon disulphide // Optical Eng., 1981, v.20, N 2, p.220-228.

61. Kanbara H., Hideki H., Kaino Т., Kurihara Т., Ooba N., Kubodera K. Highly selective acetal cleavage using new organoaluminum reagents // JOSA B, 1994, Vol. 11, No. 11, p. 2216-2223.

62. Simoni F., Cipparrone G., Umeton C., Arabia G., Chidichimo G. Optical nonlinearities induced by thermal effects in polymer dispersed liquid crystals // Appl. Phys. Letts., 1989, Vol. 54, p. 896-897.

63. Shirk J.S., S.Pong R.G., Bartoli F.J., Show A.W. Optical limiter using a lead phtalocyanine // Appl.Phys.Letts., 1993, Vol. 63, No. 14, p. 1880-1882.

64. Hagan D.J., Yang S., Basanes C., Van Stryland E.W., Moreshead W., Nogues J.-L. Porphyrins and phthalocyanines as materials for optical limiting // Proc. SPIE Int.Soc.Opt.Eng., 1999, Vol. 3978, p. 17-21.

65. Justus B.L., Campillo A.J., Huston A.L. Thermaldefocusing scattering optical limiter // Opt.Letts., 1994, Vol. 19, No. 9, p. 673-675.

66. Andrieux M., Lafonta F.; Riehl D. Photoactivated method and device for broadband limitation of a luminous flux US Patent No. 6.384.960, 07.05.02.

67. Wood G., Sharp E., Shurtz R. Nonlinear optical power limiting using self-trapping of light. US Patent No. 5.739.947, 14.04.98.

68. Shurtz I., Richard R. Nonlinear optical power limiter using self-trapping of light US Patent No. 5.301.009, 05.04.94.

69. Sharp E., Wood G., Shurtz II., Richard R. Broadband self-activated optical power limiter system and device US Patent No. 5.317.454, 31.05.94.

70. Justus B.L., Huston A., Campillo A. Hybrid thermal-defocusing/nonlinear-scattering broadband optical limiter for the protection of eyes and sensors. US Patent No. 6.297.918, 02.10.01.

71. Meinzer R., Townsend S. Broadband optical limiter with sacrificial mirror to prevent irradiation of a sensor system by high intensity laser radiation. U.S. Patent No. 5.153.425, 06.10.92.

72. Данилов О.Б., Сидоров А.И. Ограничитель инфракрасного излучения Патент РФ № 2237915, 08.04.02.

73. Gumbs R.W. Nonlinear optical shield. US Patent No. 5.173.811, 11.10.91.

74. Wood G., Elser W., Sharp E. Nonlinear rugate optical1 limiter. US Patent No. 5.301.069,05.04.94.

75. Van Stryland E.W., Wu Y.Y., Hagan DJ. Optical-limiting with semiconductors // J. Opt. Soc. Am., 1988, Vol. 5; No. 9, 1988H994.

76. Van Stryland E.W., Wu Y.Y., Hagan D.J. Monolithic optical power limiter based on two-photon absorption. US Patent No. 4.846.561, 07.11.89.'

77. Hernandez F. E., Shensky III W., Cohanoschi I., Hagan D. J., Van-Stryland E. W. Carbon-black suspension based broadband optical limiter // Appl. Opt. 2002, Vol. 41, No. 6, p. 1103-1107.

78. SunfY.P:, Riggs J.E., Rollins H:W., Guduru R. Strong Optical'Limiting of Silver-Containing "Nanocrystalline Particles, in Stable Suspensions // J.Phys.Chem.B, 1999, Vol. 103; No. l,p. 77-82.

79. Staromlynska J., McKay T.J., Wilson P. Broadband1 optical limiting based on excited state absorption in Pt:ethynyl // J. Appl. Phys, 2000,1 Vol. 88, 1726-1732.

80. Изаак Т.И., Бабкина О.В., Лямина Г.В., Светличный- В.А. Формирование пористых никельсодержащих полиакрилатных нанокомпозитов // Журн. Физ. Химии, 2008, том 82, №> 12, с. 2341-2347.

81. Furrow G.,. Greer S. Critical behavior of the density, heat capacity, and refractive index for triethylamine + Water;// J.Chem. Phys., 1983, Vol. 73, 3474-3481.

82. Isumi Y., Dondos A., Picot C. Study on polymer-solutions in solvent mixtures in the vicinity of the critical-point of the solvents 3 turbidimetric: study of 4 new ternary-systems // J. Phys., 1981, Vol: 42, 353-358.

83. Бункин Ф.В., Подгаецкий B.M., Семин B:H. Светоиндуцированный спинодальный распад в расслаивающих растворах // Письма в ЖТФ, 1988, том 14, №2, с. 162-165.

84. Коган В.Б. и др. Справочник по растворимости, т. 1 ( M.-JL, изд. АН .СССР в 3 томах, 1963).

85. Скрипов В.П., Виткалов B.C., Колпаков Ю.Д. Кинетика приближения к равновесию систем вблизи критической точки по данным светорассеяния // ЖФХ 1980, том 54, № 10, с. 1754-1758.

86. Скрипов В;П., Скрипов А.В. Спинодальный распад // УФН, 1979; том 128, №2, с. 193-231.

87. Бункин Ф.В., Трибельский М.И. Нерезонансное взаимодействие мощного оптического:излучения:с жидкостью // УФН, 1980, том 130, № 2, с. 193-239:

88. Sheik-Bahae М., Said A.A., Van Stryland E.W. High-sensitivity single-beam n2 measurements // Opt.Lett., 1989, № 17, Vol.14, p. 955-957.102. . Герасименко А.Ю., Красовский В.И., Луговский А.П., Подгаецкий В.М.,.

89. Wang J., Sheik-Bahae M., Said A.A., Hagan DJ., Wan-Stryland E.W. Time-resolved Z-scan measurements of optical nonlinearities // Opt.Soc.Am., 1994, Vol. 11, No. 6, 1009-1017.

90. Герасименко А.Ю., Подгаецкий B.M., Красовский В.И., Луговский А.П. Обратное насыщение поглощения в красителях ПК 792 и ПК 7098 // Краткие сообщения по физике ФИАН, 2009, № 10, с. 9-19.

91. Светличный В.А., Самцов М.П., Базыль O.K., Смирнов О.В., Мельников Д.Г., Луговский А.П. Оптические свойства индотрикарбоцининового красителя как ограничителя мощности лазерного излучения // Журнал прикл. спектроскопии, 2008, том 74, № 4, с. 473-479.

92. Копылова Т.Н., Луговский А.П., Подгаецкий В.М., Пономарева О.В., Самцов М.П., Светличный В.А., Селищев C.B. Рабочее вещество ограничителя интенсивности мощного оптического излучения. Патент РФ № 2307435 от 09.02.2006.

93. Светличный В.А., Копылова Т.Н., Майер Г.В., Лапин И.Н., Деревянко H.A., Ищенко A.A. Фотоника катионных симметричных полиметиновых красителей при лазерном возбуждении // Квантовая Электроника, 2007, том 37, № 2, с. 118.

94. Герасименко А.Ю., Морозов P.A., Бобринецкий И.И. Разработка физико-технологического базиса лазерного наноформирования биосовместимых композитов // Международного форума по нанотехнологиям (Rusnanotech 09): Тезисы докладов. М.: Москва, 2009. - с. 790.

95. Герасименко А.Ю. Применение наноматериалов в лимитерах интенсивности лазерного излучения // Микроэлектроника и информатика 2009. XVI всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2009. — с. 277.

96. Светличный В.А., Изаак Т.Н., Подгаецкий В.М., Герасименко А.Ю. Ультрадисперсные системы как лимитеры интенсивности лазерного излучения // Нанотехника, 2009, № 1(17), с. 94-98.

97. Suni Ya.-P., Riggs J.E., Henbest K.B., Martin R.B. Nanomaterials as Optical Limiters // J. Nonlinear Opt. Phys. Mater, 2000, Vol. 9, № 4, p. 481-503.

98. Gerasimenko A.Yu., Podgaetsky V.M., Semin M.V., Simunin M.M. Development of laser radiation1 limiters based on splitting solutions // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics), 2010, Vol. 19, No. 4, p. 274-222.

99. Герасименко А.Ю., Маслобоев Ю.П., Подгаецкий В.М., Селищев С.М., Терещенко С.А. Моноблочный ограничитель интенсивности лазерного излучения // Патент РФ № 2350991 с приоритетом от 22 июня 2007 г. (Бюллетень ОИПОТЗ № 9, 2009).