Динамика светоиндуцированных процессов в пленках азосодержащих гребнеобразных полимеров с жидкокристаллическими свойствами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Симонов, Алексей Николаевич

• Симонов, Алексей Николаевич
• кандидат физико-математических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Симонов, Алексей Николаевич

Введение

Глава 1. ДИНАМИКА ФОТОИНДУЦИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПЛЕНКАХ АЗОСОДЕРЖАЩИХ ПОЛИМЕРОВ.

1.1. Введение.

1.2. Модель процесса фотоизомеризации азохромофоров.

1.3. Основное уравнение процессов фотоизомеризации азокрасителей в ЖК полимере.

1.4. Начальная стадия светоиндуцированных процессов в слое азосодержащего ЖК полимера.

1.5. Стационарный режим светового облучения пленки азосодержащего ЖК полимера.

1.6. Моделирование процессов фотоориентации в азосодержащем полимере с ЖК свойствами.

1.7. Экспериментальная установка. Конструкция полимерной ячейки.

1.8. Методика обработки экспериментальных данных. Калибровочные эксперименты с оптической ячейкой.

1.9. Численные оценки и сравнение с экспериментальными данными.

1.10. Выводы к главе I.

Глава 2. ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ В ПЛЕНКАХ АЗОСОДЕРЖАЩИХ ЖК ПОЛИМЕРОВ В ПРИСУТСТВИИ ОРИЕНТИРУЮЩЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

2.1. Введение.

2.2. Постановка задачи. Модель расчета.

2.3. Типы дифракционных процессов в пленке ЖК полимера при записи и считывании голограмм.

2.4. Расчет дифракции световых пучков в пленке ЖК полимера.

2.5. Динамика голографической записи в слое полимера.

2.6. Голографическая запись S-S поляризованными пучками.

2.7. Голографическая запись S-P поляризованными пучками.

2.8. Эксперимент. Сравнение с численным расчетом.

2.9. Выводы к главе II.

Глава 3. ПРИМЕНЕНИЕ ПЛЕНОК АЗОСОДЕРЖАЩИХ ЖК ПОЛИМЕРОВ В ЗАДАЧАХ ОПТИЧЕСКОГО ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И ДИНАМИЧЕСКОЙ ГОЛОГРАФИИ.

3.1. Введение.

3.2. Голографическая запись изображений в пленках азосодержащего ЖК полимера.

3.3. Компенсация динамических фазовых искажений с использованием системы обращения волнового фронта.

3.4. Выводы к главе III.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика светоиндуцированных процессов в пленках азосодержащих гребнеобразных полимеров с жидкокристаллическими свойствами»

Развитие и внедрение новых физических принципов высокоскоростной регистрации, обработки и хранения значительных объемов данных является решающим фактором прогресса современных телекоммуникационных и информационных технологий. К числу перспективных направлений на пути повышения производительности информационных систем можно отнести разработку полностью оптических активных (вычислительных) элементов с параллельной архитектурой, использующих в качестве носителя информации световое поле [1-5].

В связи с этим, закономерным оказывается огромный интерес, проявляемый в последние годы к оптическим информационным технологиям и новым возможностям, которые открываются при их практическим воплощении. Становится все более отчетливой тенденция по формированию самостоятельной области научно-прикладных исследований - оптической информатики, ориентированной на разработку высокопроизводительных оптических систем по обработке и хранению параллельных потоков данных, а в перспективе на создание полностью оптического компьютера. Оптическая информатика находится на стыке различных дисциплин и объединяет фундаментально-прикладные исследования в нелинейной оптике, оптоэлектронике, кристаллографии, физике твердого тела, химии, молекулярной инженерии и других областях знаний. Столь широкий охват научных направлений не является случайным, а есть следствие фундаментального характера решаемых задач, основная проблематика которых - взаимодействие света и вещества.

Базовые эффекты, лежащие в основании современных оптических информационных технологий, относятся к области нелинейной оптики. В пионерских работах Р. В. Хохлова, С. А. Ахманова и Н. Бломбергена [6,7] были сформулированы ключевые принципы нелинейно-оптических взаимодействии и вместе с тем подчеркивалось решающее значение, которое принадлежит используемым оптическим материалам. Впервые возможность реализации основных математических операций методами нелинейной оптики с использованием пространственно-модулированных световых пучков (в процессах четырех волнового взаимодействия) была рассмотрена группой Ярива [1]. Дальнейшее обобщение и развитие принципов оптической обработки информации отражено в работах [2-5,8]. К настоящему времени число публикаций, посвященных оптическим информационным системам или их отдельным узлам, исчисляется десятками тысяч. При этом особое внимание уделяется выбору и определению характеристик нелинейно-оптических сред, а также анализу возможностей по оптимизации параметров используемых материалов с целью повышения производительности оптических систем в целом.

Первыми нелинейно-оптическими средами в задачах оптической информатики были неорганические кристаллы. До настоящего времени неорганические кристаллы занимают доминирующее положение в качестве нелинейно-оптических материалов благодаря тому, что они обладают достаточно высокими характеристиками, а технология их изготовления хорошо развита. Тем не менее, в ряде случаев появляются потребности в средах, демонстрирующих существенно большие значения нелинейно-оптических восприимчивостей. Совершенно естественным было обратиться к поиску материалов, в которых высокоподвижные носители заряда - электроны в достаточной степени делокализованы и способны легко смещаться на значительные расстояния. Таким требованиям, в принципе, удовлетворяют большинство органических соединений с молекулами линейного или циклического строения, содержащими делокализованные тс - сопряженные электронные системы. Одними из первых экспериментов, подтверждающих возможность эффективного нелинейно-оптического взаимодействия лазерного излучения с органическими материалами, были опыты, проведенные группой Рентзеписа с ароматическими углеводородами в середине 60-х годов [9]. Несмотря на это, последующее систематическое исследование нелинейно-оптических свойств органических соединений не проводилось, а сами органические среды долгое время оставались без должного внимания. Со временем ситуация начала меняться коренным образом, чему в значительной мере способствовал прогресс в области химического синтеза материалов с заданными свойствами - молекулярной инженерии [10-12], а также новые все более возрастающие требования к производительности нелинейно-оптических материалов для информационных систем.

На современном этапе органические соединения (особенно высокомолекулярные) рассматриваются в качестве одних из наиболее перспективных нелинейно-оптических сред для оптических систем обработки и хранения информации [13-23]. К достоинствам органических материалов можно отнести их относительно невысокую стоимость, простоту производства и интеграции с другими оптическими узлами, высокую стойкость к мощному лазерному излучению, небольшие значения диэлектрических констант, малые времена отклика и нерезонансные нелинейно

Д2)

3) оптические восприимчивости и ■> сравнимые и превосходящие восприимчивости лучших неорганических сред [13]. В связи с огромным разнообразием существующих органических материалов важное значение приобретают теоретические методики оценки и прогнозирования эффективностей нелинейно-оптических взаимодействий органических соединений со светом в различных процессах, а также определение путей оптимизации химической структуры соединений. Так, например, следуя статистике Нику и Твига [12], число простых органических соединений без центра инверсии (пригодных для генерации второй гармоники) превышает 2 х106. Если же в рассмотрение включить высокомолекулярные среды, то количество квадратично - нелинейных материалов, будет практически неограниченным. Ясно, что при такой ситуации прямые эксперименты с простым перебором соединений - ipso facto крайне не плодотворный путь решения проблемы поиска сред с оптимальными параметрами. Возникает необходимость в развитых подходах, позволяющих по априорным данным о строении органического материала сделать заключение относительно его нелинейно-оптических свойств, а также сформулировать рекомендации по совершенствованию параметров среды. Такие методики были найдены в результате обобщения методов функционального химического синтеза и молекулярной инженерии применительно к нелинейно-оптическим свойствам соединений. В соответствии с предложенными подходами, в структуре того или иного вещества (иногда довольно сложного по строению) можно выделить части - функциональные фрагменты, ответственные за определенные оптические свойства среды в целом. Функциональные группы являются базовыми элементами построения нелинейно-оптических сред. Создание нового материала, обладающего требуемыми параметрами, при этом сводится к синтезу химического соединения, включающего в свою структуру нужные функциональные группы. Однако на практике, из-за сложного взаимодействия между функциональными фрагментами, результаты молекулярного конструирования не всегда приводят к ожидаемым эффектам. Большое количество работ в настоящее время по этой причине посвящено изучению закономерностей взаимного влияния функциональных частей в составе органических соединений, а также выяснению связи строения сред (длина цепей, топология молекулы, типы упаковки и тд.) и их нелинейно-оптических свойств

12-17].

Среди органических соединений, проявляющих значительные нелинейно-оптические свойства, большое внимание привлекают среды полимерного строения. Полимеры (или сополимеры, если функциональные группы имеют различный тип) характеризуются очень высокой стабильностью характеристик благодаря тому, что функциональные фрагменты химически связанны с основной цепью макромолекулы. Мезоморфные свойства полимеров такие как пластичность, способность образовывать пленки и волокна делают их удобными в технологическом плане, а огромное разнообразие типов полимеров открывает возможности их широкого применения в различных приложениях. Задача заключается лишь в нахождении среды с оптимальными характеристиками для каждого конкретного случая. Функциональные полимерные соединения представляют наибольшие возможности и сравнительную простоту оптимизации нелинейно-оптических характеристик среды.

Схематическое строение некоторых типов функциональных полимерных соединений изображено на Рис. 1 [10,11,18,21]. Число функциональных фрагментов в соединении может быть в принципе произвольным, но в действительности по причинам сложности химического синтеза редко больше двух. Содержание функциональных компонентов, ответственных за нелинейно-оптические свойства полимера, теоретически может достигать 100% по относительной массовой доле макромолекулы [24]. По этой причине полимеры могут обладать очень высокими значениями нелинейно-оптических восприимчивостей и %(3> [19,23].

В виду относительной простоты приготовления, наряду с чистыми полимерными материалами, значительное распространение получили смесевые композиции и полидисперсные среды, содержащие растворенные в полимерной матрице функциональные фрагменты [11,18,20,22,23]. Основные недостатки таких соединений по сравнению с чистыми полимерами - невысокая стабильность физических параметров вследствие эффектов "старения" (расслоение на фракции и тд.), а так же невозможность включения в состав смесей больших концентраций функциональных компонентов. Обычно массовая доля функциональных фрагментов не превышает нескольких процентов.

Обе рассмотренные группы органических материалов (полимерные и смесевые) могут быть отнесены к классу соединений типа "гость-хозяин" [24]. Так, в случае чистых полимеров матрица полимера играет роль "хозяина", а химически связанные функциональные компоненты - "гостей". Число "гостей" в сополимерах определяется количеством присоединенных функциональных групп. В смесевых композициях "гостями" являются функциональные фрагменты, растворенные в другом органическом соединении - "хозяине". Наличие нескольких типов взаимодействующих между собой компонентов в среде приводит к существенному усложнению динамики нелинейно-оптического поведения. Органическое соединение в этом случае приобретает не только характеристики, присущие входящим в его состав функциональным фрагментам, но и ряд дополнительных свойств, обусловленных комплексной структурой материала.

В качестве функциональных фрагментов широко используются различные виды молекул хромофоров, а также мезогенные молекулы. Довольно часто сами хромофоры, обладающие большими дипольными моментами порядка нескольких единиц Дебай, демонстрируют мезогенные свойства и оказывают влияние на образование упорядоченных молекулярных структур (жидкокристаллических фаз). Подобная ситуация наблюдается с азокрасителями, стильбенами, спиропиранами и т.д. [21,24-27]. В целом, большие значения нелинейно оптических восприимчивостей органических сред на макроскопическом уровне обусловлены, как уже выше отмечалось, возможностью достижения высоких концентрациями нелинейно-оптических фрагментов в составе соединения. При этом существенными оказываются не только абсолютные значения гиперполяризуемостей отдельных групп молекул, но и взаимная согласованность их отклика на световое воздействие. Коррелированный отклик достигается в средах, обладающих упорядоченным молекулярным строением, когда нелинейно-оптические вклады от независимых фрагментов складываются когерентно. Упорядоченная структура органического материала может быть получена различными способами: с помощью внешнего электрического поля, при механической деформации образца или при внедрении в состав соединения мезогенных фрагментов [10,12,14,24,28]. Ввиду малости потенциальной энергии взаимодействия отдельных функциональных фрагментов с внешним электрическим полем заметное молекулярное перестроение достигается при очень больших величинах приложенного электрического у поля ~ 10 В/мкм. Механический способ ориентации редко применяется на практике. Предпочтительным является метод, основанный на внедрении мезогенных фрагментов в состав органического соединения. Созданное мезогенными группами (самосогласованное) межмолекулярное электрическое поле приводит к формированию мезофазы вещества и вовлекает в процессы молекулярного перестроения отдельные молекулы хромофоров. Наряду с упорядочением молекулярной структуры мезогенные компоненты позволяют задавать симметрию строения вещества. Последнее обстоятельство оказывается очень важным для достижения эффективного взаимодействия света со средой в ряде практически важных случаев таких как, генерация второй оптической гармоники и фоторефрактивный механизм оптической нелинейности. В соответствие с требованиями пространственной симметрии (в электрическом дипольном приближении) фоторефрактивные органические соединения и материалы для удвоения частоты не должны обладать симметрией по отношению к инверсии пространственных координат [29]. Нецентросимметричность строения полимеров и полидисперсных сред может быть получена, например, внесением нематогенных фрагментов, приводящих к образованию аксиального порядка в веществе. По такому принципу в работе [22] авторы получили фоторефрактивную смесевую композицию с нематическим жидким кристаллом. При этом ориентированное состояние соединения и следовательно высокая эффективность фоторефрактивного отклика легко достигалась в относительно небольшом по величине электрическом поле ~ 10В/мкм. Для сравнения отметим, что в ранних экспериментах тех же авторов со сходными фоторефрактивными соединениями без нематической добавки для получения достаточной величины эффекта требовалось электрическое поле ~ бОВ/мкм [30]. Еще большие по величине электрические поля необходимы для устранения центросимметричности органической среды, не содержащей мезогенных фрагментов, при генерации второй оптической гармоники. В этих случаях используют поля ~ ЮОВ/мкм, возникающие при коронном разряде [14,31]. Так же как и в случае с фоторефрактивными материалами, существенное снижение величин ориентирующих полей может быт достигнуто внедрением в состав соединений ЖК функциональных компонентов [19].

Сочетание жидко-кристаллических и нелинейно-оптических свойств у полимеров и смесевых композиций представляет значительный интерес также и в связи с другим приложениями среди которых: интегральные электрооптические модуляторы, перестраиваемые с помощью света оптические фильтры, пространственно-временные модуляторы света (ПВМС) и устройства отображения информации - дисплеи, использующие жидкокристаллические соединения в качестве ориентирующих слоев [10,19]. В настоящее время органические нелинейно-оптические ЖК соединения рассматриваются как один из перспективных классов активных сред для задач оптической обработки информации. Следует заметить, что успешное освоение техники функционального синтеза новых органических сред позволило получить и другие типы фоточувствительных органических материалов среди которых уже упоминавшиеся фоторефрактивные соединения, ферроэлектрические полимеры, металлсодержащие и сверхпроводящие полимеры [10]. Последние представляют самостоятельный интерес как среды с неклассическими свойствами.

Обратимся теперь к рассмотрению возможностей применения органических материалов в задачах динамической голографии и долговременного хранения информации. В этих приложениях решающую роль играет величина светоиндуцированной добавки к коэффициенту преломления Апм, а также времена отклика и чувствительность среды. Восприимчивость третьего порядка вещества , определяющая может быть связана с различными механизмами оптической нелинейности каждый из которых характеризуется своим временным масштабом [13]. Самый быстрый - электронный отклик среды, который происходит за времена ~ 10~15 -ь Ю-14 с, более медленные процессы связаны со смещением ионов и атомов. Значительно медленнее протекают ориентационные движения целых молекул и процессы объемного перестроения вещества. При больших уровнях световой экспозиции существенный вклад в светоиндуцированное изменение показателя преломления может быть обусловлен прямым нагревом среды - термооптическим эффектом. Электронный отклик и механизмы нелинейности, связанные со смещением ионов и атомов весьма важны для задач сверхбыстрой обработки информации [13,16], однако, для достижения требуемых уровней сигналов на оптических частотах необходимы импульсные световые источники излучения с интенсивностями порядка с

10 Вт/см . Такие значения интенсивностеи являются весьма умеренными для современных лазерных систем. Тем не менее, в ряде случаев предпочтительнее ориентироваться на непрерывные лазерные источники милливаттного уровня мощности (лазеры с диодной накачкой и тд.), которые могут быть легко интегрированы в составе относительно недорогих, компактных оптических систем. В световых полях л малой интенсивности (/<1Вт/см) высокие значения оптических нелинейностей третьего порядка обусловлены различными типами коллективных эффектов, связанных с молекулярными движениями или перестроениями, а также фоторефрактивным эффектом. Несмотря на существенно более медленный отклик нелинейной среды на световое воздействие малой интенсивности, высокая общая производительность и оптической информационной системы может быть получена при реализации параллельной архитектуры обработки данных [30,32].

До настоящего времени доминирующее положение в качестве регистрирующих реверсивных сред в задачах динамической голографии и высокоплотного оптического хранения информации занимали фоторефрактивные неорганические кристаллы [33-35]. В целом, технология производства фоторефрактивных кристаллов (ФРК) хорошо развита, а сами ФРК характеризуются высоким пространственным разрешением

Л-1 > 103лин/мм) и большой голографической чувствительностью в видимой области

2 2 спектра (5 = 1-И0 см/Дж). Среди различных видов фоторефрактивных кристаллов особый интерес представляют полупроводниковые ФРК такие, как арсенид галлия с примесью хрома (ОаАэ: Сг). Запись голограмм в полупроводниковых ФРК может происходить за очень малые времена т ~ 10~5с при использованием инфракрасных источников лазерного излучения интенсивностью 1-ь10Вт/см2 [36,37]. Вместе с этим нужно отметить ряд недостатков присущих ФРК, сдерживающих их широкое применение. ФРК - достаточно дорогие в производстве материалы. Из-за небольших отклонений параметров технологического процесса производства ФРК оптические характеристики образцов одного типа зачастую сильно различаются. При работе с ФРК требуются специальные условия (приложение высокого напряжения и т.д.). Определенные проблемы представляют методы фиксации ранее записанных голограмм [33,34]. Величины светоиндуцированного изменения показателя преломления у многих ФРК оказываются небольшими Аигп^<10~3, что приводит к необходимости использования сравнительно толстых > 1 мм кристаллических образцов для получения приемлемых значений дифракционной эффективности [33,34]. Ограничение динамического диапазона реальных ФРК является одним из основных факторов, приводящих к снижению информационной емкости рассматриваемых сред.

В качестве альтернативных материалов применительно к задачам динамической голографии в последнее время все большее внимание привлекают фоточувствительные органические соединения. Такие среды представляют собой смесевые композиции или чистые полимеры (сополимеры), приготовленные в виде твердых пленочных образцов либо жидких растворов. Число известных фоточувствительных органических материалов, пригодных для динамической голографии, чрезвычайно велико и, в принципе, может быть неограниченным вследствие огромного количества существующих и вновь создаваемых органических соединений и смесевых композиций.

Среди многообразия существующих типов органических сред остановимся более подробно на некоторых смесевых и полимерных соединениях, наиболее часто встречающихся в задачах динамической голографии.

Благодаря относительной простоте приготовления и хорошим голографическим характеристикам по-прежнему большим остается интерес к материалам биологического происхождения, таким как бактериородапсин (БР), бактериохлорофилл (БХ) [38-40]. Фоточувствительность бактериородапсина обусловлена способностью химически связанного с белком хромофора (ретиналя) инициировать биохимическую реакцию по перестроению молекулы. Фотореакция с участием ретиналя является обратимой транс-цис фотоизомеризацией. Перестроение биомолекулы имеет также обратимый характер, т. е. бактериородапсин относится к классу реверсивных оптических сред. По консистенции материалы, содержащие бактериородапсин представляют собой высушенные смесевые композиции с прозрачными полимерами либо жидкие (водные) растворы. Полимерные композиции более предпочтительны так, как они могут быть использованы для изготовления образцов в виде тонких твердых пленок на гладких поверхностях (стекло, керамика, пластик). Соединения бактериородапсина обладают высокой голографической чувствительностью в видимой области спектра

3 2

5 = 10-^10 см/Дж) и позволяют производить эффективную запись амплитудных и фазовых голограмм [38,39,41]. Высокие голографические характеристики пленочных образцов бактериородапсина позволяют успешно применять их в различных системах обработки оптической информации [42-44]. Существенными недостатками бактериородапсин-содержащих сред является их недолговечность (до нескольких недель) и невысокая стойкость к тепловым воздействиям. Как и все белковые молекулы бактериородапсин разрушается при нагреве до температуры ~ 60 н-100 °С.

К другому классу реверсивных голографических сред смесевого типа могут быть отнесены полимерные композиции, содержащие растворенные фотохромные фрагменты небиологического происхождения. В зависимости от видов функциональных добавок смесевые соединения обладают различными механизмами оптической нелинейности и отличаются по молекулярному строению. Типичная структура смесевого фоточувствительного органического соединения включает молекулы красителей и молекулы сенсибилизаторов, растворенные в полимерной матрице. Концентрации нелинейно-оптических хромофоров, которые могут быть растворены в матрице полимера, обычно не превышает нескольких процентов, что приводит к ограничениям на чувствительность материала, а также на максимально достижимую величину светоиндуцированной добавки к показателю преломления ( Ап°пс1). Использование молекул сенсибилизаторов позволяет расширить спектральный диапазон чувствительности соединения за счет увеличения эффективности процесса передачи энергии световых квантов хромофорам. При получении энергии квантов света и последующей фотохимической реакции молекулы красителя претерпевает различные перестроения (в зависимости от вида красителя), приводящие к изменению их поляризуемостей и спектра поглощения. В результате этого происходит изменение коэффициента поглощения и показателя преломления среды в соответствии с распределением интенсивности падающего светового поля. Сформированный в объеме соединения рельеф комплексного показателя преломления может рассматриваться как записанная амплитудно-фазовая голограмма.

Примером смесевой фоточувствительной композиции для голографической записи может служить соединение, исследованное в работе [45]. Композиция, рассмотренная авторами, содержала тетрафенилпорфин (С во) в качестве сенсибилизатора и хромофоры ВСРТ, растворенные в матрице полиметилметакрилата (РММА). В экспериментах с пленочными образцами толщиной с/ = ЮОмкм была достигнута голографическая чувствительность 5" 2 0.26 см2/Дж на длине волны Не-Ые лазера (А = бЗЗнм) и дифракционная эффективность /7>75%. Пространственная частота решетки в экспериментах составляла А"1 = 104 лин/мм. Динамический диапазон материала, определенный по величине светоиндуцированного изменения показателя преломления, составил = 0.05. Соединение позволяло производить долговременное хранение записанных голограмм: при обычных лабораторных условиях время хранения достигало нескольких месяцев.

Другим примером смесевого фоточувствительного соединения является композиция красителей фенантренхинона (Р()), внедренных в матрицу полиметилметакрилата {РММА) [46]. Исследуемый материал не содержал сенсибилизаторов. Для голографической записи использовалось излучение аргонового лазера (Л = 488им), а последующее считывание осуществлялось Не-Ые лазером (Л = бЗЗнм). Авторы использовали образцы с толщинами 1-ь5мм, что позволило им, изменяя величину и направление волнового вектора решетки в материале, производить запись большого количества голограмм (до 50) на одном участке образца. Угловая селективность голограммы при считывании в экспериментах с 1 -мм образцами составляла ~ 0.1°. Голографическая чувствительность соединений достигала 5" < 0.1см2/Дж на пространственной частоте решетки Л~' = 1.5 х 103 лин/мм. Экспозиция, требуемая для достижения максимума дифракционной эффективности одной у голограммы ( 7тах < 50% ), не превышала IV = 0.9 Дж/см .

Ряд других фоточувствительных материалов смесевого строения, а также возможности их применения в задачах динамической голографии рассмотрены в работах [47-50]. Органические соединения, исследованные в публикациях [47,48], были приготовлены с использованием низкомолекулярного жидкого кристалла (НЖК) в качестве матрицы - "хозяина". Фоточувствительные реверсивные среды, обладающие ЖК свойствами, позволяют производить управляемую запись-считывание голограмм с помощью приложенного внешнего электрического поля [48]. Наличие ЖК мезофазы, однако, несколько ограничивает пространственное разрешения материала [47].

Значительный интерес среди смесевых соединений представляют материалы с фоторефрактивным механизмом нелинейности. Такие среды представляют собой композиции функциональных фрагментов специализированного назначения, отвечающих за фотогенерацию носителей зарядов, их перенос и захват на ловушках. Смеси функциональных компонентов могут быть растворены в полимерной матрице либо в низкомолекулярном жидком кристалле [11,22,30]. Фоторефрактивные органические соединения характеризуются большой чувствительностью (до 10 см /Дж) и высоким быстродействием (г^101с), а также значительной величиной светоиндуцированного изменения показателя преломления (= 10 2) по сравнению с неорганическими ФРК. В настоящее время среды подобного строения, по-видимому, являются наилучшими органическими материалами для задач динамической голографии. Рассмотрим в качестве примера композицию, обладающую рекордными параметрами по быстродействию, описанную в работе [51]. Полученное авторами соединение содержало молекулы сенсибилизатора тетрафенилпорфина (Сбо) и нелинейно оптические хромофоры различных видов (РОС>ЧТ, А ООСБТ, 7-ОС8Т или ЛЮС^Т), растворенные в поливинилкарбазоле (РУК) с добавлением жидкого пластификатора бутилбензилфалата (ВВР). Композиция приготавливалась в виде пленок толщиной 60-И00мкм. Эксперименты проводились с использованием полупроводникового лазера, работающего на длине волны Л = 647 нм. Время фоторефрактивного отклика среды, измеренное по эффекту двухволнового взаимодействия, составило г г 5 мс при интенсивности световых пучков I г 1 Вт/см , а коэффициент усиления при двухволновом взаимодействии (Г) достигал 230см"1. Дифракционная эффективность превышала 80% на пространственной частоте решетки А"1 = 103 лин/мм. Авторы предполагают использовать полученные соединения для обработки изображений в реальном масштабе времени.

Вместе с этим, существенным недостатком органических фоторефрактивных материалов является необходимость приложения высокого по величине электрического поля (до 102 В/мкм) для устранения центросимметричности среды. Частично указанный недостаток может быть преодолен в ЖК композициях [22]. При этом, однако, наблюдается некоторое ухудшение пространственного разрешения и голографической чувствительности среды.

К числу органических фоточувствительных соединений, представляющих наибольший интерес для задач высокоплотного долговременного оптического хранения информации, следует отнести среды полимерного (сополимерного) строения. Полимерные материалы, как уже отмечалось, наряду с высокой стабильностью химических и физических характеристик позволяют по сравнению со смесевыми композициями значительно увеличить концентрации нелинейно-оптических хромофоров в составе соединения. В результате этого, возрастает голографическая чувствительность среды, а также максимально достижимая величина светоиндуцированного изменения показателя преломления Апйш. В некоторых полимерных материалах светоиндуцированная добавка к показателю преломления оказывается чрезвычайно большой. Так, например, к настоящему времени известны полимерные материалы аморфного типа (азосодержащие сополимеры акрилового ряда) с Ди1>0.1 [21,52].

В качестве фотохромных фрагментов при получении фоточувствительных соединений полимерного строения обычно используются молекулы красителей, претерпевающие переход из транс- в цис- форму в ходе фотохимической реакции. К числу таких фотохромных соединений относятся большое количество веществ, содержащих двойные связи, например, - С = С - (стильбен, олефины), азометины, спиропираны, салицилиденанилины, фульгиды и другие красители. Особый интерес представляют хромофоры, испытывающие определенные конформационные перестроения под действием света, в результате чего изменяется их форма и молекулярные гиперполяризуемости. Среди подобных фотохромных соединений -азокрасители, стильбены, спиропираны и т. д. [24]. Конформационные переходы красителей приводит к локальной структурной перестройке матрицы полимера -"хозяина". Таким образом, за счет вовлечения в процессы молекулярного перестроения других функциональных фрагментов (иногда целых макромолекул), возможно фотостимулированное структурное перестроение полимера в целом. По этой причине фотохромные соединения, испытывающие конформационные превращения при световом облучении, относятся к типу "активных гостевых" компонентов в составе полимера. Участие в молекулярном перестроении нефотохромных функциональных фрагментов, обладающих значительной анизотропией диэлектрических свойств (дипольные группы типа -СЫ ), может приводить к увеличению величины Ап^. При этом вклад в результирующую величину Ап^, обусловленный переориентацией нефотохромных фрагментов, является обычно более "долгоживущим" по сравнению со вкладом красителей. Данное обстоятельство представляет большой интерес для осуществления долговременного хранения голограмм в сополимерных образцах.

Следует отметить ряд особенностей динамического поведения фоточувствительных полимеров, обусловленных спецификой их молекулярного строения. Наличие прочной химической связи функциональных фрагментов с макромолекулой полимера, а также сильное взаимодействие между функциональными группами приводит к тому, что большинство фоточувствительных полимеров имеют повышенную вязкость и сравнительно высокие температуры стеклования (Тс), превосходящие комнатную температуру. Это означает, что при обычных условиях, когда Т <Тв полимер находится в стеклообразном состоянии и процессы светостимулированных молекулярных перестроений затруднены. Чувствительность соединения к световому воздействию в этом случае оказывается сравнительно невысокой. С увеличением Т0 чувствительность полимеров, содержащих красители, снижается, увеличиваются времена отклика среды. Вместе с этим, при Т <ТС ранее сформированная в ходе оптической записи пространственная микроскопическая структура в объеме соединения (например, голограмма) остается достаточно стабильной во времени. Указанное свойство позволяет осуществлять длительное хранение оптической информации в полимерных средах. При этом, материалы с большими значениями Та являются наиболее привлекательными для задач долговременного хранения данных. В качестве примера можно привести результаты, приведенные в работе [52], где было продемонстрировано длительное (>1 года) хранение фазового изображения миры в пленке азосодержащего акрилового полимера без заметного ухудшения качества изображения. Продолжительное высокоплотное хранение оптических данных (в виде голограмм) в подобных же материалах получено в экспериментах, проведенных датской группы RISO [53,54].

Значительное увеличение чувствительности полимерных соединений достигается при их нагреве до температур, превышающих Та. Голограммы, записанные в нагретых полимерных образцах, могут быть сохранены в течении продолжительного времени если исходный образец охладить до комнатной температуры. Существенное различие характерных времен голографической записи и тепловой релаксации при определенных условиях позволяет получать голограммы с высокими значениями дифракционных эффективностей в охлажденных пленках полимера, т. е. в процессе охлаждения происходит лишь незначительная деградация голограмм. Применительно к азосодержащим ЖК полимерам комбинированная методика голографической записи-хранения, основанная на температурном управлении динамическими параметрами полимеров, была впервые предложена и экспериментально продемонстрирована в работах [55,56].

Как свидетельствуют многочисленные экспериментальные данные, нагрев полимерных образцов выше TG приводит к существенному уменьшению времен отклика (тг) на световое воздействие. В световых пучках с интенсивностями / ~ 1 -í-10 мВт/см достижимые значения времен отклика тг < 0.1 с. Дифракционная эффективность r¡ > 80% сравнительно легко получается с тонкими пленками полимеров толщиной d = 10-ь ЮОмкм [50,55,57-62]. При таких параметрах, голографическая чувствительность полимерных образов составляет S = 1 -s- 102см2/Дж, что сопоставимо и превосходит чувствительность типичных ФРК таких, как УМЮз. В целом, высокие голографические характеристики пленок полимеров в нагретом состоянии позволяют использовать их в различных оптических системах обработки информации, работающих в масштабе времени, близком к реальному.

Возможность достижения значительных концентраций функциональных компонентов в фоточувствительных полимерах позволяет сравнительно легко синтезировать среды с жидко-кристаллическим свойствами. В литературе описаны фоточувствительные полимерные материалы практически со всеми известными типами ЖК фаз [10,21,24,52,57,63]. Отметим, что пионерские работы, связанные с разработкой и синтезом фоточувствительных полимерных материалов с ЖК свойствами, были выполнены в Московском Государственном Университете им. М. В. Ломоносова на Химическом факультете в группе В. П. Шибаева [10,21,52,64]. Особенность сред подобного строения - сочетание фоточувствительных и жидко-кристаллических свойств. Взаимодействие мезогенных и фотохромных функциональных групп приводит к тому, что оптические характеристики полимеров в значительной степени определяются типом и конфигурацией ЖК фазы [19,21]. Так же как и для случая низкомолекулярных ЖК, оптические свойства ЖК полимеров могут изменяться под действием различных внешних воздействий (электрическое или магнитное поле, нагрев полимера) [19,21]. Существенным образом зависит от внешних факторов и эффективность процессов оптической записи. Указанное обстоятельство позволяет осуществлять управляемую голографическую запись в полимерных ЖК образцах и представляет значительный интерес для оптических систем обработки информации [58,56]. Следует заметить, однако, что наличие ЖК мезофазы у фоточувствительных органических соединений ведет к ограничению независимости молекулярных движений в объеме полимера. Как известно, ЖК среды обладают упорядоченным молекулярным строением и характеризуются ориентационньм порядком [19,52,64,65]. Размер области взаимного влияния функциональных фрагментов определяется радиусом корреляции ориентационного порядка. В результате согласованности молекулярного движения происходит уменьшение чувствительности и пространственного разрешения среды, оптический отклик ЖК полимера может приобрести пороговый вид. Величина светоиндуцированного изменения показателя преломления Апш так же оказывается меньше значений Апш, достигнутых в аморфных образцах. Для азосодержащих акриловых ЖК сополимеров, например, А«г^<0.05 [10,52].

Основные голографические характеристики некоторых органических и неорганических фоточувствительных материалов, используемых в задачах динамической голографии и оптического хранения информации представлены в Таблице 1 Сравнительные данные по максимально достижимыми величинами дифракционной эффективности (г]) и временам отклика (тг) на световое воздействие для ряда неорганических и органических материалов приведены на Рис. 2. Числовые значения дифракционных эффективностей, представленные на графике, соответствуют образцам с толщиной ЮОмкм. ох g

О Я м В и -©н

Т)

Я Я о я

Я" 8 л

100 10 1 0.1 0.01 1Е-3 1Е-4 1Е-5 1Е-6

1 6« *8 9 < »7 4 • >5 В аТЮ3

BSO 3< • □ SBN □

KN1 г Г3 □

L J

2 • < >

GaAs:< □

1Е-5 1Е-4 1Е-3 0.01 0.1 1 10 100 Время отклика, т (сек)

Рис. 2. Фоточувствительные полимерные материалы для задач динамической голографии; сравнение с наиболее распространенными неорганическими фоторефрактивными кристаллами [11]. Дифракционные эффективности приведены для образцов толщиной ЮОмкм. Представленные органические соединения: (1) BisA-NPDA: DEN [71], (2) PMMA-MSAB: BDK: TTA [72], (3) PVK: FDEANST: TNF [73], (4) PVK: TPY: DEANST [74], (5) BisA-NAS: DEN [75], (6) PVK: C60: DEANST [76], (7) AZB-PVA [77], (8) PVK: DMNPAA: TNF [30], (9) SPK4/4 [78].

Подводя итог сравнению известных к настоящему времени фоточувствительных органические материалов с неорганическими (фоторефрактивными) кристаллами, следует заметить, что голографическая чувствительность органических реверсивных сред в среднем соответствует чувствительности традиционных ФРК таких как ниобат лития (ЫЫЬОз). В тоже время, органические соединения (особенно высокомолекулярные) демонстрируют несколько худшие динамические характеристики по сравнению с ФРК, но обладают при этом очень большой величиной максимально достижимой светоиндуцированной добавки к показателю преломления Ап™™. Указанные закономерности динамического поведения полимеров - есть следствия инерционности молекулярных перестроений в органических соединениях которые, в некоторых случаях затрагивают большое количество взаимодействующих между собой функциональных фрагментов.

Долговременное хранение оптической информации с использованием различных типов ФРК к настоящему времени исследовано достаточно подробно (например, [5,33,34]). Как уже отмечалось выше, сохранение ранее записанных голограмм в ФРК представляет определенные трудности. Для фиксирования голограмм в ФРК предложены различные (достаточно трудоемкие) методики - термическое фиксирование, фиксирование с помощью электрического поля. К числу факторов, ограничивающих информационную емкость ФРК, можно отнести ограниченность динамического диапазона среды. Суммарная дифракционная эффективность голограмм, записанных в объеме ФРК обычно значительно меньше 100%, в то время как суммарная дифракционная эффективность голограмм, полученных в пленке фоточувствительного полимера может значительно превышать 100% [45,50].

Среди факторов, определяющих пригодность нелинейно-оптических материалов для практических приложений (помимо их оптических свойств), важнейшими являются технологичность в производстве, простота интеграции в составе с другими оптическими элементами, а также воспроизводимость характеристик от образца к образцу. По сравнению с неорганическими кристаллами полимерные соединения значительно более просты в производстве. Стоимость приготовления полимеров существенно ниже, чем, например, затраты на производство неорганических кристаллов. Образцы могут быть изготовлены практически с произвольной формой, с заданной геометрией (объемные элементы, пленки, волокна и тд.) и любыми размером. В частности, один из распространенных методов нанесения полимерных слоев на твердые плоские поверхности, основанный на растекании полимерного раствора при быстром круговом движении подложки (зртсоаИпg), позволяет получать оптические л элементы с рабочими апертурами > 50 см . Высокое качество исходных химических компонентов для синтеза гарантирует хорошую повторяемость оптических параметров полимерных соединений [18,19,21,24].

Несмотря на большое количество экспериментальных работ, посвященных голографической записи в фотохромных реверсивных полимерных материалах, теоретические подходы к рассмотрению особенностей светоиндуцированных процессов в таких соединениях остаются относительно слабо развитыми. В подавляющем большинстве случаев авторы ограничиваются качественными, феноменологическими моделями отклика среды на световое воздействие и подробно исследуют лишь стационарные режимы.

До настоящего времени недостаточно объяснены динамические процессы в многокомпонентных фоточувствительных средах, нет ясного представления о роли, которую играют отдельные функциональные группы в составе соединения. Почти полностью отсутствуют работы, посвященные теоретическому анализу оптических характеристик фотохромных полимеров с ЖК свойствами, а также исследованию специфики голографической записи в подобных средах. Как следствие этого, возникает кажущаяся несогласованность ряда полученных экспериментальных данных и отсутствие целостной физической картины молекулярных процессов, происходящих в фотохромных полимерных материалах.

Настоящая диссертационная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию светоиндуцированных процессов, происходящих в пленочных образцах азосодержащих гребнеобразных полимеров с ЖК свойствами (АПЖК). Основными целями диссертационной работы являются:

1. разработка теоретической модели светоиндуцированных процессов в АПЖК, учитывающей эффекты ЖК упорядочения и влияние внешних факторов;

2. экспериментальное исследование динамики светоиндуцированного изменения оптических характеристик пленок АПЖК;

3. исследование возможностей применения пленочных образцов АПЖК в задачах динамической голографии и высокоплотного хранения оптической информации.

Научная новизна работы отражена в сформулированных ниже положениях:

1. Впервые построена теоретическая модель, описывающая динамику светоиндуцированных процессов в азосодержащем полимере с ЖК свойствами. В развитой модели учтены эффекты жидкокристаллического упорядочения мезогенных фрагментов, а также анизотропного насыщения в угловом распределении транс-изомеров азокрасителя.

2. В рамках единого подхода выполнено теоретическое исследование динамики изменения оптических характеристик пленки АПЖК при световых взаимодействиях с учетом действия внешних факторов (нагрев, приложение гомеотропно ориентирующего электрического поля).

3. Проведено комплексное экспериментальное и теоретическое исследование динамики голографической записи в пленочных образцах АПЖК. Рассмотрены случаи внутримодовых и межмодовых дифракционных процессов при записи-считывании голограмм. Изучено влияние приложенного электрического поля на эффективность голографической записи.

4. Показана возможность высокоплотной голографической записи информации в пленочных образцах АПЖК, определены оптимальные условия и режимы оптической записи.

5. Реализована система адаптивной коррекции волнового фронта лазерного излучения милливаттного уровня мощности на основе эффекта обращении волнового фронта (ОВФ) в пленке азосодержащего ЖК полимера.

Защищаемые положения диссертационной работы состоят в следующем:

1. Развитая теоретическая модель светоиндуцированных процессов в пленке азосодержащего полимера с нематическими ЖК свойствами позволяет адекватно описать динамику изменения оптических свойств реальной среды под действием света.

2. Приложение гомеотропно ориентирующего электрического поля к пленочному образцу АПЖК приводит к возрастанию величины дифракционной эффективности в случае внутримодовой голографической записи и уменьшению дифракционной эффективности при межмодовой записи голограмм.

3. Азосодержащий гребнеобразный полимер с ЖК свойствами является фоточувствительным реверсивным материалом с управляемыми динамическими характеристиками, пригодным для задач динамической голографии и долговременного оптического хранения информации.

Представляемая диссертационная работа состоит из трех глав и заключения. Кратко содержание глав приведено ниже.

Первая глава посвящена теоретическому рассмотрению динамики светоиндуцированных процессов, происходящих в пленках азосодержащих гребнеобразных полимеров. Для описания динамики оптического отклика среды развивается обобщенная теоретическая модель, учитывающая эффекты анизотропного насыщения в угловом распределении изомеров азокрасителя, а также межмолекулярные взаимодействия в полимере. Введение феноменологического фактора среднего (самосогласованного) поля позволяет обобщить полученные результаты на случай сред с жидкокристаллическими свойствами. На основании разработанной теоретической модели светоиндуцированных процессов получены аналитические решения, описывающие изменение оптических свойств слоя азосодержащего ЖК полимера на начальных стадиях светового облучения, а также в стационарном случае. Проводиться сравнение теоретических результатов с экспериментальными данными.

Вторая глава диссертации посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию процессов голографической записи в полимерных пленках. Проводится теоретический анализ динамики формирования голограмм в полимере. Рассматривается случай голографической записи-считывания анизотропных голограмм на основе межмодовой дифракции в предварительно ориентированных полимерных образцах с ЖК свойствами. Изучается влияние приложенного электрического поля на эффективность голографической записи.

В третьей главе диссертации представлены экспериментальные результаты, относящиеся к применениям фоточувствительных азосодержащих полимеров в некоторых задачах оптической обработки и хранения информации. В частности, рассматривается возможность долговременного высокоплотного хранения оптических данных в пленках полимеров в виде голограмм. Представлены результаты экспериментов по компенсации динамических фазовых искажений волнового фронта с использованием системы обращения волнового фронта на основе полимерных пленок. В заключении приведены основные выводы диссертационной работы.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Симонов, Алексей Николаевич

Основные результаты и выводы диссертационной работы состоят в следующем:

1. Впервые разработана теоретическая модель, описывающая динамику светоиндуцированных процессов в пленке азосодержащего полимера с жидкокристаллическими свойствами (АПЖК). Модель учитывает процессы анизотропного насыщения в угловом распределении транс-изомеров азокрасителя, а также эффекты ЖК упорядочения.

2. Проведен теоретический анализ эффектов, связанных с влиянием внешнего ориентирующего электрического поля на процессы фотоизомеризации азокрасителей в нематической ЖК фазе полимера. Показано, что приложение гомеотропно ориентирующего электрического поля приводит к возрастанию величины светоиндуцированного показателя преломления в образце и к уменьшению поглощения.

3. Создана технологическая вакуумная установка для изготовления оптических ячеек на основе пленок ЖК полимера. Собрана автоматизированная экспериментальная установка для исследования оптических характеристик пленочных полимерных образцов.

4. Проведено экспериментальное исследование динамики процессов голографической записи в пленках АПЖК. Продемонстрирована возможность управления голографическими характеристиками полимерного слоя при изменении величины приложенного электрического поля.

5. Развита теоретическая модель процессов голографической записи - считывания на основе межмодовой дифракции в пленках АПЖК. В модели учитывается анизотропные свойства соединения, а также особенности оптического отклика АПЖК на световое воздействие.

6. Показана возможность высокоплотной голографической записи в пленках АПЖК. Достигнутое значение плотности голографической записи составляло

7 2

1.8x10 бит/см (голограмма Фурье). Исследовано влияние экспериментальных условий: температуры образца, приложенного поля и т. д. на эффективность голографической записи.

7. В области температурного фазового перехода нематик - изотропная жидкость обнаружен эффект нестационарного самовоздействия светового пучка Не- Ые лазера при его прохождении через пленку АПЖК.

8. Создана экспериментальная установка для исследования эффектов адаптивной компенсации фазовых искажений при обращении волнового фронта (ОВФ) лазерного излучения в пленке АПЖК. В проведенных экспериментах коэффициент отражения ОВФ системы достигал 20% при интенсивностях У взаимодействующих световых пучков менее 1мВт/см . Продемонстрирована возможность использования такой ОВФ системы для компенсации фазовых искажений волнового фронта при передаче изображений через среду со случайными фазовыми неоднородностями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Симонов, Алексей Николаевич, 2000 год

1. J. О. White and A. Yariv, Real-time image processing via four-wave mixing in a photorefractive medium.// Appl. Phys. Lett. 37, pp.5-7, (1980).

2. С. M. Bowden, M. Giftan, H. R. Robl, Optical Instability.// Plenum, New York, 1981.

3. G. I. Stegeman, A. Miller, in: Physics of All-Optical Switching Devices, J. E. Midwinter, ed.// Academic, Orlando 1994.

4. H. M. Gibbs, Optical bistability: controlling light with light.// Academic Press, New York, 1985.

5. P. Gunter and J.-P. Huignard, Photorefractive materials and their aplications.// SpringerVerlag, Berlin, 1988 and 1989, Vols. I and II.

6. С. А. Ахманов, P. В. Хохлов, Проблемы нелинейной оптики.// М.: ВИНИТИ, 1964.

7. N. Bloembergen, Nonlinear optics.// Benjamin, New York, 1965.

8. Новые физические принципы оптической обработки информации, под ред. С. А. Ахманова и М. А. Воронцова.// М.: Наука, 1989.

9. P. М. Rentzepis and Y-H. Pao, Optical second harmonic generation in compounds of aromatic hydrocarbon.// Appl. Phys. Lett. 5, pp. 156-158 (1964).

10. В. П. Шибаев, С. В. Беляев, Перспективы применения функциональных жидкокристаллических полимеров и композитов.// Высок. Мол. Соед. А 32, с.2266-2310 (1990).

11. М. Е. Orczyk, and P. N. Prasad, Polymeric composites: novel photorefractive media.// Photonics Science News 1(1), pp.3-11 (1994).

12. Ж. Нику, P. Твиг, Конструирование органических молекулярных кристаллов для эффективной генерации второй гармоники, в книге: Нелинейные оптические свойства органических молекул и кристаллов, под ред. Д. Шемлы и Ж. ЗиссаIIМ.: Мир, 1989, с.229-290, т. I.

13. J. L. Bredas, С. Adant, P. Tackx, and A. Persoons, Third-order nonlinear optical response in organic materials: theoretical and experimental aspects.// Chem. Rev. 94, pp.243-278 (1994).

14. D. M. Burland, R. D. Miller, and C. A. Walsh, Second-order nonlinearity in poled-polymer systems.// Chem. Rev. 94, pp.31-75 (1994).

15. D. R. Kanis, M. A. Ratner, and T. J. Marks, Design and construction of molecular assemblies with large second-order optical nonlinearities. Quantum chemical aspects.// Chem. Rev. 94, pp.195-242 (1994).

16. T. Kaino, T. Kurihara, K. Kubodera, and H. Kanbara, Third-order nonlinear optical properties of organic materials, in: Materials for nonlinear optics: chemical perspectives./1 American Chemical Society, 1991, pp.705-727.

17. Д. Уильяме, Нелинейные оптические свойства легированных полимерных структур, в книге: Нелинейные оптические свойства органических молекул и кристаллов, под ред. Д. Шемлы и Ж. Зисса// М.: Мир, 1989, с.387-414, т. I.

18. Г. Мюльман, Дж. Ван-дер-Ворст, Гребнеобразные жидкокристаллические полимеры как нелинейно-оптические среды, в книге: ЖК полимеры с боковыми мезогенными группами.!7 М.: Мир, 1992, с.421-456.

19. L. A. Hornak, ed., Polymers for lightwave and integrated optics: technology and applications.// Dekker, New York, 1992.

20. V. P. Shibaev, S. G. Kostromin, and S. A. Ivanov, in: Polymers as Electrooptical and Photooptical Active Media, V. P. Shibaev, ed.// Springer-Verlag, Berlin, 1996, p.37.

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

22. B. Kippelen, K. Meerholz, and N. Peyghambarian, in: Nonlinear optics of organic molecules and polymers, H. S. Nalwa and S. Miyata, eds.// CRC, Boca Raton, Fla., 1997, pp.465-513.

23. А. И. Стаханов, Синтез, структура и свойства гребнеобразных ЖК полимеров с 4,4'-оксицианазобензольными мезогенными группами// Диссертация на соискание степени кандидата химических наук, Химический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва, 1999.

24. S. Servaty, F. Kremer, A. Schonfeld, and R. Zentel, A new opto-dielectric effect based on the photoisomerization of azo compounds in ferroelectric liquid crystals.// Zeitschrift for Physikalische Chemie, Bd. 190, pp.73-82 (1995).

25. С. В. McArdle, Applied photochromic polymer systems.// Blackie, Glasgow London, 1992, p.357.

26. G. Khanarian, J. Sounik, D. Allen, S. F. Shu, C. Walton, H. Goldberg, and J. B. Stamatoff, Electro-optic characterization of nonlinear-optical guest-host films and polymers.// J. Opt. Soc. Am. В 13, pp.1927-1934 (1996).

27. T. Todorov, L. Nikolova, and N. Tomova, Polarization holography. 2: Polarization holographic gratings in photoanisotropic materials with and without intrinsic birefringence.// Appl. Opt. 23, pp.4588 (1984).

28. И. P. Шен, Принципы нелинейной оптики, под ред. С. А. Ахматова// М.: Наука, 1989, с.42.

29. С. Halvorson, В. Kraabel, A. J. Heeger, В. L. Volodin, К. Meerholz, Sandalphon, and N. Peyghambarian, Optical computing by use of photorefractive polymers.// Opt. Lett. 20, pp.76-79 (1995).

30. X. Т. Tao, T. Watabane, D. C. Zou, H. Ukuda, and S. Miyata, Phase-matched second-harmonic generation in poled polymers by the use of birefringence.// J. Opt. Soc. Am. В 12, pp.1581-1585 (1995).

31. M. П. Петров, С. И. Степанов, А. В. Хоменко, Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике// СПб.: Наука, 1992.

32. М. P. Petrov, S. I. Stepanov, and А. V. Khomenko, Photorefractive crystals in coherent optical systems.// Springer-Verlag, Berlin, 1991.

33. A. M. Glass, J. Strait, Photorefractive effect in semiconductors, in: Photorefractive materials and their aplications, P. Gunter and J.-P. Huignard, eds.// Springer-Verlag, Berlin, 1988 and 1989, pp.237-262.

34. M. B. Klein, Beam coupling in undoped GaAs at 1.06 цт using the photorefractive effect.// Opt. Lett. 9, pp.350-352 (1984).

35. Н. М. Кожевников, Динамическая голографическая микрофазометрия.// Диссертация на соискания ученой степени доктора физико-математических наук, Ленинградский Государственный Технический Институт, Санкт-Петербург, 1992.

36. Ю. О. Барменков, Н. М. Кожевников, Динамические амплитудно-фазовые решетки в бактериородопсине.// Письма в ЖТФ 16, с.65-69 (1990).

37. М. П. Скачков, Исследование механизма разделения зарядов в световой стадии фотосинтеза// Диссертация на соискания ученой степени кандидата физико-математических наук, Москва 1980.

38. Y. Zhang, Q. W. Song, С. Tseronis, and R. R. Birge, Real-time holographic imaging with a bacteriorhodopsin film.// Opt. Lett. 20, pp.2429-2431 (1995).

39. O. Werner, B. Fischer, A. Lewis, and I. Nebenzahl, Saturable absorption, wave mixing, and phase conjugation with bacteriorhodopsin.// Opt. Lett. 15, pp.1117-1119 (1990).

40. T. Okamoto, I. Yamaguchi, S. A. Boothroyd, and J. Chrostowski, Novelty filter that uses a bacteriorhodopsin film.// Appl. Opt. 36, pp.508-511 (1997).

41. A. Peda'el, R. Daisy, M. Horowitz, and B. Fischer, Beam coupling-induced transparency in a bacteriorhodopsin-based saturable absorber.// Opt. Lett. 23, pp.11731175 (1998).

42. A. Akella, S. L. Sochava, and L. Hesselink, Synthesis and characterization of photochromic organic films for holographic recording.// Opt. Lett. 22, pp.919-921 (1998).

43. G. J. Steckman, I. Solomatine, G. Zhou, and D. Psaltis, Characterization of phenanthrenequinone-doped poly(methyl metacrylate) for holographic memory.// Opt. Lett. 23, pp.1310-1312 (1998).

44. F. Simoni, O. Francescangeli, Y. Reznikov, and S. Slussarenko, Dye-doped liquid crystals as high-resolution recording media.// Opt. Lett. 22, pp.549-551 (1997).

45. V. P. Tondiglia, L. V. Natarajan, R. L. Sutherland, T. J. Bunning and W. W. Adams, Volume holographic image storage and electro-optical readout in a polymer-dispersed liquid-crystal film.// Opt. Lett. 20, pp.1325-1327 (1995).

46. H. Fei, Zh. Wei, Q. Yang, Y. Che, Y. Shen, X. Fu, and L. Qiu, Low-power phase conjugation in push-pull azobenzene compounds.// Opt. Lett. 20, pp.1518-1520 (1995).

47. S. Martin, C. A. Feely, and V. Toal, Holographic recording characteristics of an acrylamide-based photopolymer// Appl. Opt. 36, pp.5757-5768 (1997).

48. D. Wright, M. A. Diaz-Garcia, J. D. Casperson, M. DeClue, and R. J. Twieg, Highspeed photorefractive polymer composites.// Appl. Phys. Lett. 73, pp. 1490-1492 (1998).

49. В. П. Шибаев, С. Г. Костромин, С. А. Иванов, Фоторегулирование оптических свойств гребнеобразных полимеров с боковыми мезогенными группами и проблемы записи информации.// Высок. Мол. Соед. А 39, с. 1-20,1997.

50. S. Hvilsted, М. Pedersen.; N.C.R. Holme, P.S. Ramanujam, The importance of the substituent on azobenzene side-chain polyester optical storage materials.// Polym. Prep. 39 pp.298-299 (1998)

51. P.H. Rasmussen, P.S. Ramanujam, S. Hvilsted, R.H. Berg, A remarkably efficient azobenzene peptide for holographic information storage.// J. Am. Chem. Soc. 121, pp.4738-4743(1999).

52. Z. Sekkat, J. Wood, W. Knoll, W. Volsken, R. D. Miller, A. Knoesen, Light-induced orientation in high glass transition temperature polyimide with polar azo dyes in the side chain.// J. Opt. Soc. Am. В 13, pp.1713-1724 (1996).

53. Z. Sekkat, J. Wood, W. Knoll, W. Volsken, E. Aust, and R. D. Miller, Light-induced orientation in azo-polyimide polymers 325°C below the glass transition temperature.// J. Opt. Soc. Am. В 14, pp.829-833 (1997).

54. T. Huang and К. H. Wagner, Diffraction analysis of photoanisotropic holography: an anisotropic saturation model.// J. Opt. Soc. Am В 13, pp.282-299 (1996).

55. C. Wang, H. Fei, Y. Yang, Zh. Wei, Y. Qiu, and Y. Chen, Photoinduced anisotropy and polarization holography in azobenzene side-chain polymer.// Opt. Comm. 159, pp.58-62 (1999).

56. N. C. R. Holme, P. S. Ramanujam, and S. Hvilsted, 10000 optical write, read, and erase cycles in an azobenzene sidechain liquid-crystalline polyester.// Opt. Lett. 21, pp.902904 (1996).

57. H. А. Платэ, В. П. Шибаев, Гребнеобразные полимеры и жидкие кристаллы.// М.: Наука, 1980.

58. С. А. Пикин, Структурные превращения в жидких кристаллах.// М.: Наука, 1981.

59. Р. Кольер, К. Беркхарт, JI. Лин, Оптическая голография.// М.: Мир, 1973.

60. D. L. Staebler, W. J. Burke, W. Phillips, and J. J. Amodei, Multiple storage and erasure of fixed holograms in Fe-doped LiNb03.// Appl. Phys. Lett. 26, pp. 182-184 (1975).

61. D. L. Staebler, W. Phillips, Fe-doped LiNb03 for read-write applications.// Appl. Opt. 13, pp.788-790 (1974).

62. R. B. Bylsma, D. H. Olson, A. M. Glass, Photochromoc gratings in photorefractive materials.// Opt. Lett. 12, pp.853-855 (1988).

63. J. Liu, C. Zhao, R. Lee, and R. T. Chen, Cross-link cascaded volume hologram array with energy-equalized one-to-many surface-normal fan-out.// Opt. Lett. 22, pp.1024-1026(1997).

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

65. Y. Cui, Y. Zhang, P. N. Prasad, J. S. Schildkraunt, and D. J. Williams, Photorefractive effect in a new organic system of doped nonlinear polymer.// Appl. Phys. Lett. 61, pp.2132-2134 (1992).

66. M. C. J. M. Donckers, S. M. Silence, C. A. Walsh, F. Hache, D. M. Burland, W. E. Moerner, and R. J. Twieg, Net two-beam-coupling gain in a polymeric photorefractive material.// Opt. Lett. 18, pp.1044-1046 (1993).

67. M. E. Orczyk, Y. Zhang, J. Zieba, P. N Prasad, J. S. Schildkraunt, and D. J. Williams// Optical Society of America: Technical Digest 11, 518 (1993).

68. S. Ducharme, A. Goonesekera, B. Jones, J. M. Takacs, and L. Zhang// Optical Society of America: Technical Digest 17, pp.232-234 (1993).

69. P. N. Prasad, M. E. Orczyk, B. Swedek, and J. Zieba, in Proc. OSA/ACS topical meeting on thing films for photonic applications!I Washington, D.C., 1994, p.97.

70. T. Todorov, L. Nikolova, and N. Tomova, Polarization holography. 1: A new high-efficiency organic material with reversible photo-induced birefringence.// Appl. Opt. 23, pp.4309-4312 (1984).

71. A. V. Larichev, A. N. Simonov, V. P. Shibaev and A. I. Stakhanov, in Polymer Preprints 39 of Symposium on Azo Containing PolymersII ACS Annual Meeting, Boston, 1998, p.274.

72. T. Todorov, L. Nikolova, and N. Tomova, Polarization holography. 2: Polarization holographic gratings in photoanisotropic materials with and without intrinsic birefringence.//Appl. Opt. 23, pp.4588-4591 (1984).

73. Z. Sekkat and M. Dumont, Photoinduced orientation of azo dyes in polymeric films. Characterization of molecular angular mobility.// Synth. Met. 54, pp.373-379 (1993).

74. Y. Shi, W. H. Steier, L. Yu, M. Shen, and L. R. Dalton, Large photoinduced birefringence in an optically nonlinear polyester polymer.// Appl. Phys. Lett. 59, pp.2935-2937 (1991).

75. R. A. Hill, S. Dreher, A. Knoesen, and D. R. Yankelevich, Reversible optical storage utilizing pulsed, photoinduced, electric-field-assisted reorientation of azobenzenes.// Appl. Phys. Lett. 66, pp.2156-2158 (1995).

76. L. R. Dalton, A. W. Harper, J. Zhu, W. H. Steier, R. Salovey, J. Wu, and U. Efron, in: Optical and photonic applications of electroactive and conducting polymers, S. C. Yang and P. Chandrasekar, eds.// Proc. SPIE 2528, p. 106 (1995).

77. F. Charra, F. Kajzar, J. M. Nunzi, P. Raimond, and E. Idiart, Light-induced second harmonic generation in azo dye polymers.// Opt. Lett. 12, pp.941-943 (1993).

78. Z. Sekkat and W. Knoll, Creation of second-order nonlinear optical effects by photoisomerization of polar azo dyes in polymeric films: theoretical study of steady-state and transient properties.// J. Opt. Soc. Am. В 12, pp. 1855-1867 (1995).

79. H. Rau, Photoisomerization of azobenzenes, in: Photochemistry andphotophysics, F. J. Rabeck, ed.// CRC Press, Boca Raton, Fla., 1990, vol. II, pp.119-141.

80. K. Anderle, H. Bach, Th. Fuhrmann, J. H. Wendorff, Photoresponsive liquid cristalline and amorphous polymers.// Macromol. Symp. 101, pp.549-561 (1996).

81. A. M. Макушенко, Б. С. Непорент, О. В. Столбова, Обратимый ориентационный фотодихроизм и фотоизомеризация ароматических азосоединений I: модель системы.// Оптика и Спектроскопия 31, с.295-299 (1971).

82. М. Dumont, Photoinduced orientational order in dye-doped amorphous polymeric films.// Mol. Cryst. Liq. Cryst. 282, c.437-450 (1996).

83. Z. Sekkat, M. Dumont, Photoassisted poling of azo dyes doped polymeric films at room temperature.// Appl. Phys. В 54, pp.486-493 (1992).

84. L. Nikolova., P. Markovsky, N. Tomova, V. Dragostinova, N. Mateva, Optically-controlled photo-induced birefringence in photo-anisotropic materials.// J. Mod. Opt. 35, pp.1789-1799 (1988).

85. N. C. R. Holme, Т. B. Norris, M. Pedersen, S. Hvilsted, and P. S. Ramanujam, Time resolved spectroscopy of azobenzene, in: Polymer Preprints 39 of Symposium on Azo Containing Polymers.// ACS Annual Meeting, Boston, 1998, p.334.

86. W. Maier and A. Saupe, Eine einfache molekular-statistische Theorie der nematischen kristallinfl3ssigen Phase. II// Z. Naturforsch A15 287-292 (1960).

87. Де Жен П., Физика жидких кристаллов.// М.: Мир, 1977.

88. С. А. Пикин, Структурные превращения в жидких кристаллах.// М:, Наука, 1981.

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

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

91. В. Хаазе, Полевые эффекты в гребнеобразных жидкокристаллических полимерах, в книге: ЖК полимеры с боковыми мезогенными группами. II М.: Мир, 1992, с.395-420.

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

93. A. H. Симонов, А. В. Ларичев, Динамика фотоиндуцированных процессов в пленках азосодержащих жидкокристаллических полимеров.// Квантовая электроника 28, с.87-91 (1999).

94. А. Н. Тихонов, А. А. Самарский, Уравнения математической физики.// М.: Наука, 1966.

95. N. A. Niconorova, Е. В. Barmatov, Т. I. Borisova, V. P. Shibaev, Dielectric relaxation in linear and cross-linked polymers with mesogenic groups in side chain oriented by an external field// Polym. Sci. A39, pp. 404-411 (1997).

96. J. Ferry, Viscoelastic properties of polymers.//New-York, 1961, p.201.

97. С. Ю. Гребенкин, Б. В. Большаков, Кинетика цис транс изомеризации в матрице полиметилметакрилата. Корреляция реакционной способности изомеризующихся частиц в темновой реакции и фотореакции.// Хим. Физ. 10, с.936-942 (1991).

98. А. Н. Симонов, В. И. Шмальгаузен, О. В. Мызин, Автоматизированная система стабилизации мощности излучения YAG:Nd лазера с внутрирезонаторным удвоением частоты.// Квантовая электроника 24, с.825-829 (1997).

99. W. J. Tomlinson, Volume holograms in photochromic materials.// Appl. Opt. 14, pp.2456-2467 (1975).

100. M. Г. Томилин, Явления на границе жидкого кристалла с твердой поверхностью.// Оптический Журнал 64, с.58-87 (1997).

101. N. С. R. Holme, P. S. Ramanujam, and S. Hvilsted, Photoinduced anisotropy measurements in liquid-crystalline azobenzene side-chain polyesters.// Appl. Opt. 35, pp.4622-4627 (1996).

102. X. Meng, A. Natansohn, and P. Rochon, Azo polymers for reversible optical storage.// J. Pol. Science В 34, pp.1461-1466 (1996).

103. С. И. Степанов, M. П. Петров, А. А. Камшилин, Дифракция света с поворотом плоскости поляризации на объемных голограммах в электрооптических кристаллах.// Письма в ЖТФ 3, с.849-854 (1977).

104. М. P. Petrov, S. I. Stepanov, A. A. Kamshilin, Holographic storage of information and peculiarities of light diffraction in birefringent electro-optic crystals.// Opt. and Laser Techn. 6, pp. 149-151 (1979).

105. T. G. Pencheva, M. P. Petrov, S. I. Stepanov, Selective properties of volume phase holograms in photorefractive crystals.// Opt. Commun. 40, pp.175-178 (1981).

106. R. E. Bridges, R. W. Boyd, and G. P. Agrawal, Multidimensional coupling owing to optical nonlinearities. I. General formulation.// J. Opt. Soc. Am. B. 13, pp.553-559 (1996).

107. S. Ahmed, E. N. Glytsis, Comparison of beam propagation method and rigorous coupled-wave analysis for single and multiplexed volume gratings.// Appl. Opt. 35, pp.4426-4435 (1996).

108. J. A. Fleck and M. D. Feit, Beam propagation in unaxial anisotropic media.// J. Opt. Soc. Am. 73, pp.920-926 (1983).

109. R. V. Johnson and A. R. Tanguay, Optical beam propagation method birefringent phase grating diffraction.// Opt. Eng. 25, pp.235-249 (1986).

110. Страница в Internet, посвященная алгоритму FFTW2: http://theory.lcs.mit.edu/~fftw.

111. P. M. Lundquist, С. Poga, R. G. DeVoe, Y. Jia, W. E. Moerner, M.-P. Bernal, H. Coufal, R. K. Grygier, J. A. Hoffnagle, С. M. Jefferson, R. M. Macfarlane, R. M.

112. Shelby, and G. T. Sincerbox, Holographic digital data storage in a photorefractive polymer.// Opt. Lett. 21, pp.890-892 (1996).

113. S. Piazzolla and В. K. Jenkins, Holographic grating formation in photopolymer.// Opt. Lett. 21, pp. 1075-1077 (1996).

114. L. Dhar, K. Curtis, M. Tackitt, M. Schilling, S. Campbell, W. Wilson, A. Hill, C. Boyd, N. Levinos, and A. Harris, Holographic storage of multiple high-capacity digital data pages in thick photopolymer systems.// Opt. Lett. 23, pp.1710-1712 (1998).

115. G. W. Burr, G. Barking, H. Coufal, J. A. Hoffnagle, С. M. Jefferson, and M. A. Neifeld, Gray-scale data pages for digital holographic data storage.// Opt. Lett. 23, pp.1218-1220 (1998).

116. G. Li, L. Liu, B. Liu, and Zh. Xu, High-efficiency volume hologram recording with a pulsed signal beam.// Opt. Lett. 23, pp.1307-1309 (1998).

117. Y. Taketomi, J. E. Ford, H. Sasaki, J. Ma, Y. Fainman, and S. H. Lee, Incremental recording for photorefracrive hologram multiplexing.// Opt. Lett. 16, pp. 1774-1776 (1991).

118. Дж. Гудмен, Введение в Фурье-оптику// М.: Мир, 1970, с.161.

119. А. Н. Симонов, А. В. Ларичев, В. И. Шмальгаузен, Управляемая голографическая запись в пленках азо-содержащих жидкокристаллических полимеров// Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2, с.35-39 (2000).

120. А. Н. Симонов, Нестационарное самовоздействие света в пленке ЖК полимера, содержащего молекулы азокрасителя.// Квантовая электроника 28 (№1), с.92-94 (1999).

121. И. Г. Акимова, А. В. Разгулин, А. Н. Симонов, Модель нестационарного самовоздействия в пленке фоточувствительного полимера.// Тезисы докладов конференции Обратные и некорректно поставленные задачи, МГУ им. Ломоносова, Москва, 1999, с.4.

122. С. М. Аракелян, Ю. С. Чилингарян, Нелинейная оптика жидких кристаллов.// М.: Наука, 1984, с.340.

123. Е. G. Paek and D. Psaltis, Holographic implementation of a neural network model (A).// J. Opt. Soc. Am. A3, pp.32-37 (1986).

124. P. Yen, S. Campbell, and S. Zhou, Shift-invariant photorefractive joint-transform correlator using Fe-LiNb03 crystal plates.// Opt. Lett. 18, pp.903-905 (1993).

125. P. Yen, A. E. T. Chiou, and J. Hong, Optical interconnection using photorefractive dynamic holograms.// Opt. Lett. 27, pp.2093-2095 (1988).

126. Б. Я. Зельдович, В. И. Поповичев, В. В. Рагульский и др., О связи между волновыми фронтами отраженного и возбуждающего света при вынужденном рассеянии Мандельштама Бриллюэна.// Письма в ЖЭТФ 15, с. 160-164 (1972).

127. Обращение волнового фронта лазерного излучения, под ред. Н. Г. Басова// Труды ФИАН том 172, М.: Наука, 1986.

128. К. Ridley and Е. Jakeman, Incomplete phase conjugation through a random-phase screen. I. Theory.// J. Opt. Soc. Am. A 13, pp.2393-2402 (1996).

129. Б. А. Зельдович, В. В. Шкунов, О воспроизведении волнового фронта при ВКР света// Квантовая электроника 4, с. 1090-1098 (1977).

130. В. Н. Парыгин, В. И. Балакший, Оптическая обработка информации.// М.: Издательство Московского университета, 1987, с.25.

131. М. Born and Е. Wolf, Principles of Optics.// 6th ed., Pergamon, Oxford, 1989.

132. T. Omatsu, N. Hayashi, H. Watanahe, A. Hasegawa, and M. Tateda, Tunable, visible phase conjugator with a saturable-amplifier polymer laser dye.// Opt. Lett. 23, pp. 14321434 (1998).1. БЛАГОДАРНОСТЬ