Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования

ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,757

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГОЛОГРАФИИ

Иванов В.И. 1 Иванова Г.Д. 1
1 Дальневосточный государственный университет путей сообщения
1. Зельдович Б.Я. Обращение волнового фронта / Б.Я. Зельдович, К.Ф. Пилипецкий, В.В. Шкунов; М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1985. – 240 с.
2. Иванов В.И. Термоиндуцированные механизмы записи динамических голограмм: монография / Владивосток: Дальнаука, 2006. – 142 с.
3. Иванов В.И. Термодиффузионный механизм записи амплитудных динамических голограмм в двухкомпонентной среде / В.И. Иванов, К.Н. Окишев // Письма в Журнал технической физики. – 2006. – Т. 32. – № 22. – С. 22-25.
4. Иванова Г.Д. Динамические голограммы в жидкофазной дисперсной среде / Г.Д. Иванова, С.И. Кирюшина, А.В. Мяготин // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9-10. – С. 2164-2168.
5 Иванов В.И. Термодиффузионный механизм изменения оптического пропускания двухкомпонентной среды / В.И. Иванов, А.И. Ливашвили, К.Н. Окишев // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2008. – Том 51. – № 3. – С. 50-53.
6. Иванов В.И. Электрострикционный механизм самовоздействия излучения в жидкости с наночастицами / А.И. Ливашвили, К.Н. Окишев // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика. – 2009. – Т. 4. – № 2. – С. 58-60.
7. Иванова Г.Д. Динамические голограммы в наносуспензии / Г.Д. Иванова, С. И. Кирюшина, А.В. Мяготин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов, межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В. М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. – Тверь: Твер. гос. ун-т, 2014. – Вып. 6. – С. 122-125.
8. Ivanov V.I. Efficiency and dynamic range of nonlinear reflection of a four-wavelength mixture of radiation / V.I. Ivanov, S.R. Simakov // Russian Physics Journal. – 2001. – V. 44. – № 1. – P. 117-118.

Динамическая голография используется в таких областях, как оптическая обработка информации, оптическая связь, управление световыми потоками [1-3]. На основе динамических голографических преобразователей создаются логические элементы ЭВМ с быстродействием до 10-12 с, системы оперативной памяти, управляемые транспаранты, оптические переключатели, ответвители и др. устройства оптоэлектроники, оптические корреляторы, служащие для голографического распознавания образов и т.д. [2].

Одной из основных научно-исследовательских задач является поиск материалов с высокой чувствительностью. Развитие нанотехнологий привело к широкому использованию наноматериалов, в том числе наножидкостей. Многокомпонентные нанодисперсные среды (жидкофазные смеси, суспензии, эмульсии) характеризуются наличием целого ряда специфических механизмов нелинейности, которые отсутствуют в однокомпонентных средах. В частности, к ним относятся концентрационные нелинейности, обусловленные перераспределением компонент двухфазной среды в поле лазерного излучения. При этом концентрационные потоки в среде могут вызываться различными механизмами взаимодействия излучения с веществом [3-4].

К концентрационным механизмам дрейфа частиц в неоднородном температурном поле относятся термодиффузия (термофорез) в газах, суспензиях, эффект Соре в жидкофазных бинарных смесях [4-5]. В микрогетерогенной среде с различными показателями преломления компонентов на микрочастицы в электромагнитном поле действуют электрострикционные силы, которые также могут быть причиной возникновения концентрационных потоков [6]. В зависимости от знака поляризуемости микрочастицы могут втягиваться (если показатель преломления вещества дисперсной фазы больше, чем дисперсионной среды) или выталкиваться (в обратном случае) из областей с большей напряженностью электрического поля Е электромагнитной волны.

Поэтому для оценки эффективности записи динамической голограммы, наряду с коэффициентом кубичной нелинейности ivan01.wmf, мы предлагаем использовать более информативный параметр – голографическую чувствительность по энергии [2]:

ivan02.wmf [м2/Дж], (1)

где α– коэффициент поглощения среды, λ – длина волны излучения, τ – время релаксации нелинейного отклика. Для фазовой голограммы величина данного параметра соответствует минимальной энергии записывающего излучения, необходимой для изменения оптической толщины слоя среды на длину волны излучения и полностью характеризует дифракционную эффективность тонкой голограммы.

Найдем параметр голографической чувствительности для концентрационной нелинейности. В нанодисперсной среде с частицами радиуса, много меньше длины волны излучения l, показатель преломления среды пропорционален концентрации частиц (для сильноразбавленных систем)

ivan03.wmf, (2)

где ivan04.wmf; n1 и n2 – показатели преломления вещества дисперсионной среды и дисперсной фазы соответственно, ivan05.wmf – объемная доля дисперсной фазы, r – радиус микрочастиц, C – концентрация наночастиц. Тогда для любого концентрационного механизма нелинейности имеем:

ivan06.wmf. (3)

В работе [7] получено выражение для голографической чувствительности дисперсной среды с учетом обоих концентрационных механизмов:

ivan07.wmf. (4)

При этом термоиндуцированная нелинейность жидкофазной двухкомпонентной среды определяется коэффициентами термодиффузии и диффузии ivan08.wmf – 1-е слагаемое, а электрострикционная – поляризуемостью микрочастицы γ (2-е слагаемое). Для слабопоглощающей среды коэффициент поглощения должен быть заменен на коэффициент экстинкции. Как видно из (4), оба механизма могут либо усиливать, либо ослаблять друг друга, в зависимости от знаков коэффициента термодиффузии и поляризуемости дисперсных частиц. Полученное выражение демонстрирует чувствительность термодиффузионного нелинейного механизма к пространственной частоте голографической решетки (в отличие от тепловой нелинейности однокомпонентных сред). Как показывают оценки и результаты экспериментальных работ для обеих концентрационных нелинейностей параметр голографической чувствительности в нанодисперсиях может достигать ivan09.wmf см2/Дж.

Таким образом, показано, что наибольшую величину параметра голографической чувствительности среди материалов с нерезонансными механизмами оптической нелинейности обеспечивают термодиффузионный и электрострикционный механизмы концентрационной нелинейности жидкофазных нанодисперсных сред.

Поскольку параметры известных материалов образуют дискретный набор, обычно возникает проблема выбора среды с характеристиками, оптимальными для конкретного применения. Наиболее перспективны в этом смысле также наносреды, очевидное преимущество которых, в частности, состоит в возможности изменения объемной доли различных компонент и их состава, то есть управления (в том числе в реальном масштабе времени) их параметрами [8].


Библиографическая ссылка

Иванов В.И., Иванова Г.Д. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГОЛОГРАФИИ // Международный журнал экспериментального образования. – 2016. – № 8. – С. 101-102;
URL: http://www.expeducation.ru/ru/article/view?id=10380 (дата обращения: 15.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074