«ит в биофизике: моделирование люминесценции растворов органических красителей при ориентационной релаксации красителя» (стр. 1 из 5)

Поиск путей создания сред со сложным нелинейным откликом на световой воздействие является одной из актуальных проблем в настоящее время, результаты данных исследований могут найти применение в устройствах оптической обработки информации.

Процессы межмолекулярной релаксации играют важную роль в фотофизических явлениях, происходящих в растворах сложных органических молекул, и оказывают существенное влияние на формирование их спектрально-люминесцентных характеристик. Варьируя интенсивность, длительность и спектральный состав возбуждающего излучения, можно менять параметры межмолекулярной релаксации в широких пределах, а следовательно, и оптические свойства растворов. Это создает предпосылки для управления спектрально-люминесцентными характеристиками таких систем, а также формирования сложного нелинейного отклика растворов.

В настоящее время моделированием люминесценции органических красителей в условиях ориентационной релаксации занимается лишь узкий круг учёных оптиков из-за сложностей математического и статистического моделирования процессов межмолекулярной релаксации, а также отсутствия единой модели, при помощи которой возможно описание исследуемых процессов. Основателем теории межмолекулярной релаксации является профессор Санкт-Петербургского университета Бахшиев Н.Г. Его концепции хорошо описаны математически, но имеют ряд несовпадений с результатами экспериментов. Главным недостатком теории Бахшиева является то, что профессор не учёл процессов межмолекулярного переноса энергии наряду с ориентационной релаксацией растворителя. Автором данной модели является доцент кафедры биофизики физического факультета БГУ Горбацевич С.К.

В этой работе рассматриваются наиболее используемые среди экспериментаторов компьютерные программы, обладающие достаточно простым и легко доступным в изучении содержанием, и в то же время обширными возможностями в области анализа данных.

В силу сложности математического аппарата, используемого при описании процессов межмолекулярных взаимодействий с учётом переноса энергии, в данной работе приведена упрощённая модель без учёта переноса энергии.

Глава 1 (обзор литературы).

Процессы межмолекулярной релаксации играют важную роль в фотофизических явлениях, происходящих в растворах сложных органических молекул, и оказывают существенное влияние на формирование их спектрально-люминесцентных характеристик. Соответствующие закономерности хорошо изучены как для обычных условий возбуждения, так и при воздействии на систему оптическим излучением высокой интенсивности. Подробно изучены закономерности проявления межмолекулярной релаксации (ММР) ориентационной и трансляционной природы в спектрах излучения растворов. Показано, что характер соответствующих молекулярных перестроек и скорость их протекания существенно зависит от соотношения между временем пребывания молекулы в возбужденном состоянии и постоянной времени межмолекулярной ориентационной релаксации. При этом, варьируя интенсивность, длительность и спектральный состав возбуждающего излучения, можно менять параметры межмолекулярной релаксации в широких пределах, а следовательно и оптические свойства растворов. Это создает возможность для управления спектрально-люминесцентными характеристиками таких систем.

Принципиальным отличием этой работы от тех, которые были сделаны ранее, является учет изменения оптической плотности раствора на частоте возбуждающего излучения. Изменение оптической плотности раствора обусловлено тем, что в процессе релаксации, когда время ориентационной релаксации растворителя больше времени жизни молекул в основном и возбужденном состояниях, спектр поглощения претерпевает низкочастотный сдвиг. Кроме того, в работе рассмотрено влияние на эти релаксационные процессы безызлучательного индуктивно-резонансного переноса энергии электронного возбуждения.

К сожалению, эксперименты по изучению процессов ММР требуют очень высокой точности, а образцы и техника для исследования имеют высокую стоимость, поэтому основная работа при изучении процессов ММР проводится с помощью компьютерного моделирования и компьютерного анализа. В связи с этим информационные технологии становятся незаменимым аппаратом при изучении явлений природы, недоступных глазу наблюдателя из-за малости их размеров. При помощи средств информационных технологий экспериментаторы могут выявить связь между процессами, смоделировать их и установить взаимное влияние друг на друга.

Методы статистического моделирования, используемые в данной работе, требуют работы с огромным количеством статистических данных, которые было бы невозможно обработать вручную. В данном случае языки программирования, такие как Fortran, дают нам уникальную возможность моделирования и обработки статистических данных. При помощи графических редакторов (Grapher) экспериментатор имеет возможность из разрозненной совокупности данных построить точные зависимости исследуемых величин от поведения варьируемых величин.

Целью данной работы является анализ современных средств информационных технологий, позволяющих провести компьютерное моделирование процессов ориентационной межмолекулярной релаксации, а также современных средств информационных технологий, позволяющих оформить дипломные и магистерские работы.

Задачи:

· охарактеризовать программы, используемые в физике, для моделирования статистических процессов и процессов межмолекулярной релаксации;

· охарактеризовать программы, используемые в физике, для наглядного отражения зависимостей при большом количестве данных;

· охарактеризовать возможности редакторов, позволяющих оформить диссертации.

Глава 2 (использование языка программирования Microsoft Fortran PowerStation 4.0 в оптических исследованиях ).

Как уже упоминалось ранее, моделирование люминесценции растворов органических красителей в условиях ориентационной релаксации невозможно осуществить без языков программирования. При выполнении данного рода вычислений и статистического моделирования удобно использовать язык программирования Microsoft Fortran PowerStation 4.0 (FPS), так как при выполнении математических вычислений данный язык не требует специальной подготовки и сложного синтаксиса, как, например, язык программирования C++.

В настоящее время существует большое количество языков программирования, однако в большинстве научно-технических и инженерных приложениях предпочтение отдаётся именно Фортрану. Это обусловлено тем, что Фортран изначально был создан для научных и численных расчётов и все его последующие версии ориентированы, в первую очередь, на подобные приложения.

Создатели Фортран-программ имеют доступ не только к современным средствам программирования, но и к фонду программного обеспечения, написанного на Фортране. Разработанные на Фортране математические, статистические, графические и иные библиотеки интенсивно используются в различных областях науки и техники.

Опишем вкратце некоторые свойства FPS:

· поддержание концепции процедурного и модульного программирования;

· наличие внутренних и рекурсивных процедур;

· введение конструкции WHERE, сечений массивов и большого числа элементных функций.

Рассмотрим применение FPS на примере задания данных и процедур для расчёта интенсивности люминесценции органических красителей в условиях ориентационной релаксации. В работе были использованы две основные процедуры, написанные на Фортране: