C использованием схемы четырёхволнового смешения нами были исследованы фоторефрактивные свойства ряда органических структур, сенсибилизированных фуллеренами и нанотрубками. Данная лазерная схема позволяет, по проявляемым дифракционным откликам, изучить динамику светоиндуцированого изменения показателя преломления, вычислить значения нелинейной рефракции и нелинейной восприимчивости третьего порядка – кубичной нелинейности; увеличение последнего параметра характеризует изменение локальной поляризуемости единицы объема среды, а значит, и изменение макропоряризации системы в целом.
Эксперименты проводились в условиях дифракции Рамана-Ната, на пространственных частотах 100 и 150 мм-1, плотность энергии записи тонких дифракционных решёток варьировалась в диапазоне 0.1-0.9 Дж/см2. В качестве объектов исследования были выбраны органические композиции из ряда полиимидов (PI), пролинолов и пиридинов (NPP – структура N-(4-нитрофенил)-(L)-пролинол; PNP – структура 2-(N-пролинол)-5-нитропиридин; COANP – структура 2-циклооктиламин-5-нитропиридин), а также напыленные лазерным способом тонкие плёнки фуллеренов С60, С70, нанотрубок. Толщина структур была 1-4 микрометра. Для органических систем в качестве сенсибилизаторов использовались также фуллерены С60 и С70, а также углеродные нанотрубки. Коммерчески доступные фуллерены и нанотрубки были куплены в компании Alfa Aesar (Каталог Alfa Aesar, Karlsruhe, Germany). Количество вводимых наносенсибилизаторов варьировалось в диапазоне 0.1-5 вес.% для фуллеренов и менее 0.1 вес.% для нанотрубок.
На рисунке приведена фотография дифракционного отклика, полученного на тонкой органической плёнке с нанообъектами. Полученные результаты позволили оценить светоиндуцированное изменение показателя преломления, на уровне 10-3 , что на два порядка больше, чем термическая нелинейность, 10-5, характерная для данных сред, а также провести расчеты нелинейной рефракции и нелинейной восприимчивости третьего порядка для всех исследованных систем по методике, описанной в работе [Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. – М.: Изд-во Моск.Ун-та, 1998, 656 с.]. Установлено, что данные нелинейные параметры, а именно нелинейная рефракция n2 и кубичная нелинейная восприимчивость χ(3), находятся в диапазоне значений 10-10-10-9 см2´Вт-1 и 10-10-10-9 см3´эрг-1 (esu), соответственно. Заметим, что полученные нелинейные коэффициенты существенно больше нелинейных параметров, что проявляют классические неорганические нелинейные объёмные среды, в том числе ниобат лития, и близки к нелинейным параметрам объемных кремниевых структур.
Возможные области применения: обратимая запись информации, дифракционные решетки, лимитеры излучения, переключатели потоков лазерного излучения, дисплейная техника, др.
Н.В.Каманина, С.В.Серов, В.П.Савинов, П.Я.Васильев. В.И.Студёнов.
Лаборатория «Фотофизика сред с нанообъектами» ФГУП «НПК «ГОИ им.С.И.Вавилова», Биржевая линия, д.12, Санкт-Петербург, 199034, Россия