Глава 1.2. Ограничители излучения на основе фотоиндуцированных процессов в органических кристаллах и композитах.

Оптическое ограничение в органических соединениях интенсивно исследовалось и продолжает исследоваться в России и за рубежом. Учитывая многообразие органических соединений в кратком обзоре невозможно охватить все ведущиеся в данной области исследования. Поэтому будут приведены лишь наиболее характерные работы и результаты, иллюстрирующие достоинства и недостатки ограничителей на основе органических соединений.

В работе [1] проведено исследование 23 композитных материалов на основе гетероароматических и неполярных ароматических углеводородов на длине волны 0.53 мкм при длительности лазерного импульса 5 нс. Во всех материалах наблюдался эффект ограничения, связанный с двухфотонным поглощением. Однако, эффективность ограничения была невысока и коэффициент ослабления при Е_вх = 150 мкДж лежал в интервале 3-15. В то же время, во всех исследованных композитах был получен высокий начальный коэффициент пропускания: 80-100 %.

Оптическое ограничение во фталоцианинах и порфиринах, а также их металлоорганических комплексах исследовалось в работе [2, 3]. Эксперименты проводились на длине волны 0.53 мкм при τ = 7 нс в сфокусированном пучке. Механизм ограничения связан с обратным насыщающимся поглощением (RSA). В экспериментах были получены пороги ограничения в интервале от 10 мкДж до 0.1 Дж в зависимости от металла, входящего в комплекс. Достоинством данной группы материалов является возможность их ввода в прозрачные полимеры, используемые для производства оптических деталей, например – в полиметилметакрилат.

Определенный интерес для оптического ограничения в видимой области спектра представляют прозрачные органические молекулярные кристаллы. В работе [4] исследовалось двух- и трехфотонное поглощение в ряде органических кристаллов в видимой области спектра для наносекундных лазерных импульсов. Установлено, что при резонансном поглощении коэффициенты многофотонного поглощения значительно возрастают. Так для кристаллов 3-метил-4-нитропиридин-1-оксида в спектральном интервале 620-660 нм коэффициент трехфотонного поглощения может достигать 14000 см³/ГВт². В работе [5] в кристаллах 2-амино-5-нитропиридин-дигидрогенфосфата и стильбена при двухфотонном поглощении в сфокусированном пучке был получен эффект ограничения с порогом 15-20 мкДж для наносекундных лазерных импульсов. Недостатком органических кристаллов является сложность их выращивания и отсутствие технологии создания крупных кристаллов с высоким оптическим качеством. В тоже время, перспективным может оказаться создание композитов с органическими нанокристаллами. Как показано в работе [5] композит с нанокристаллами стильбена позволяет получить порог ограничения менее 10 мкДж в спектральном интервале 450-650 нм для импульсов длительностью 2.6 нс.

Таким образом, органические кристаллы и композиты на основе органических соединений представляют интерес для ограничения излучения в видимой области спектра. В то же время, они имеют относительно высокие пороги ограничения, на данный момент нетехнологичны и не обладают хорошим оптическим качеством. Поэтому данную группу материалов можно рассматривать как перспективную для будущих применений в случае разработки технологий создания оптических элементов на их основе.

Литература к главе 1.2:

1.P.Lind, C.Lopes, K.Oberg et al A QSPR study on optical limiting in organic compounds // Chem. Phys. Lett., 2004, 387, P.238.

2.M.Calvete, G.Y.Yang, M.Hanack Porphyrins and phthalocyanines as materials for optical limiting // Synth. Metals, 2004, 141, P. 231.

3.B.Aneeshkumar, P.Gopinath, J.Thomas et al Nanosecond optical limiting response of sandwich-type neodimium dyphthalocyanine in co-polymer host // Synth. Metals, 2004, 143, P.197.

4.Y.Morel, A.Ibanez, C.Nguefack et al Nonlinear absorption spectra of transparent organic crystals for optical limiting application at visible wavelengths // Synth. Metals, 2000, 115, P. 265.

5.Y.Morel, P.Najechalski, N.Sanz et al // Optical power limiting of organic crystals and nanocrystals in an f/5 optical system // Synth. Metals, 2000, 109, P. 215.