Аппроксимация данных с помощью программы Origin 22 4 Построение модели профиля показателя преломления объемных решеток с помощью программы mathcad 23 Заключение 35 (стр. 3 из 9)
3.2 реализация принципа диффузионного усиления в полимерном материале, содержащем фенантренхинон
Изложенный принцип диффузионного усиления голограмм реализован в полимерной среде с использованием реакции фотовосстановления фенантренхинона в полиметилметакрилате [7]. Светочувствительность материала обусловлена способностью ФХ при облучении присоединяться к полимеру, превращаясь в 9-10-замещенное производное фенантрена (НФXR) по принципиальной схеме:
ФХ
ФХ 
НФХ 
НФХR,где
ФХ - триплетно-возбужденная молекула ФХ, НФХ – семихиноновый радикал, RH и R – соответственно молекула и радикал полимера.Под действием света молекулы хинонов, и ФХ в их числе, способны восстанавливаться, отщепляя атом водорода от молекулы растворителя (полимера) и образуя семихиноновый радикал, что ведет к изменению показателя преломления системы. Этот механизм обеспечивает запись фазовых голограмм в реальном масштабе времени. Под действием излучения ФХ изменяет свою химическую структуру, а образовавшийся фотопродукт (семихиноновый радикал) присоединяется к молекуле ПММА и теряет свою подвижность.
Прозрачность и макроскопическая жесткость многих обычных полимеров, таких как ПММА, привели к предположению, что эти матрицы близки по своей природе к органическим и неорганическим стеклам при низких температурах (обычно при 77 К). Однако опыты, в которых малые молекулы диспергировали в твердых полимерных матрицах, показали, что при 300 К полимерные матрицы сохраняют значительно больший свободный объем, чем обычные органические стекла, что обеспечивает значительную молекулярную подвижность.
В процессе термического усиления деградация распределения ФХ приводит к выравниванию его концентрации в слое. Соответственно деградирует и задаваемое им распределение показателя преломления. При этом суммарная фазовая картина усиливается. Коэффициент усиления фазового изображения М определяется как отношение
, полученное после окончания диффузии ФХ к его значению в момент прекращения записи. Для фотопродукта величина 
, оцененная по рефракциям связей [3] равна 62,9, а 
=3,5 см3/моль. Эти значения дают оценку величины коэффициента усиления М=18. Усиленное фазовое изображение сформировано распределением стабильных продуктов фотовосстановления ФХ, присоединенных к макромолекулам. Конечное же распределение ФХ в слое однородно, что позволяет сделать слой не чувствительным к излучению видимого диапазона, используя экспонирование однородным некогерентным излучением после усиления записанных изображений.Фиксирование голограммы производится облучением образца некогерентным излучением в полосе поглощения фенантренхиноном. При этом непрореагировавший фенантренхинон, равномерно распределенный по объему образца, преобразуется в несветочувствительный фотопродукт, а
не изменяется.Содержащие фенантренхинон полимерные среды позволяют записывать высокоэффективные голографические решетки. Толщина регистрирующих слоев при этом 1-3 мм, что приводит к высокой селективности записанных голограмм. Существует ряд применений голограмм, требующих наряду с высокой эффективностью низкой селективности. Для ее уменьшения необходимо использовать регистрирующие слои с меньшей толщиной. Для сохранения высокой дифракционной эффективности в более тонких слоях требуется повышение достижимой
. Очевидной возможностью для этого является увеличение концентрации ФХ в слое.Таким образом, фотохимический механизм записи состоит в присоединении молекул к полимерным цепям. Усиление (проявление) голограмм после записи достигается без дополнительной обработки за счет диффузионного размывания пространственного распределения ФХ, промодулированного наложением интерференционного поля, при том что дополнительное к нему распределение фотопродукта (связанных с полимером фенантреновых групп) почти не изменяется, обеспечивая тем самым чрезвычайно долговременную стабильность голограмм.
Таким образом, в формировании голограммы на постэкспозиционной стадии участвуют процесс присоединения радикалов к макромолекулам, а также три диффузионных процесса – диффузия молекул фенантренхинона, отвечающая за диффузионное усиление, диффузия фотоиндуцированных радикалов – регрессия скрытого изображения, и диффузия продуктов присоединения радикалов к низкомолекулярным веществам.
Как уже было сказано, решетка, связанная с непрореагировавшим фенантренхиноном, со временем «рассасывается» благодаря его диффузии. Из-за своих размеров макромолекулы практически неподвижны по сравнению с молекулами фенантренхинона, поэтому связанная с ними решетка значительно более стабильна, а в процессе диффузионной деградации противофазной ей «низкомолекулярной» решетки наблюдается усиление результирующей голограммы.
Далее приведены серии экспериментов по записи и термическому усилению голографических решеток в полимерном материале, содержащем ФХ, построение графиков и моделей с использованием описанных выше текстовых, табличных, математических и графических программ.
Глава 4 результаты и обсуждение
4.1 анализ кинетических кривых усиления, полученных с помощью программ Exel и Origen
В ходе эксперимента на первом этапе были исследованы процессы термического усиления голографических решеток для двух серий образцов при различных условиях записи и периодах голограмм. Температура постэкспозиционного прогрева изменялась от 55°С до 85°С.
Сразу после окончания процесса записи решеток была измерена дифракционная эффективность зарегистрированных голограмм. На рисунке 2 представлена зависимость достигнутого при записи значения амплитуды модуляции показателя преломления до термического усиления решеток от величины экспозиции при записи голограмм. 
Рис.2 Зависимость амплитуды модуляции показателя преломления сразу после записи (
) от экспозиции (Н) регистрируемых голографических решеток (концентрация фенантренхинона 2,5 мол. %, толщина регистрирующего слоя 
=100 мкм, период решетки d=1,5 мкм).С увеличением экспозиции, значения
сразу после записи увеличиваются. Причем амплитуда модуляции n достигает своего максимального значения при экспозиции Н>1,5 Дж/см2 и далее практически не изменяется.Постэкспозиционный прогрев образцов начинался через 30 минут после окончания процесса записи решеток при температурах 55°С – 85°С.
 |
и 
(а) и от 
до 
(б) (концентрация фенантренхинона 2,5 мол. %, толщина регистрирующего слоя