Полимерная композиция с фенантренхиноном для записи рельефных голографических решеток

Предмет исследования. Рассмотрено образование периодических рельефов толщины слоев фоточувствительного полимера после записи в них голографических решеток и стимулирования деформаций материала обратимой пластификацией в нерастворяющей жидкости. Метод. Исследование выполнено для композиции сополимер с боковыми антраценовыми группами — фенантренхинон. Фенантренхинон передает энергию электронного возбуждения молекулам кислорода, поступающим через открытую поверхность полимерного слоя, которые затем вызывают окисление антраценовых фрагментов. Голографические решетки с периодом 2–5 мкм записаны с помощью лазерного излучения с длиной волны 532 нм в слоях толщиной около 1 мкм. Фоторельефы сформированы в процессе последующего набухания полимерного слоя в среде углеводородного проявителя. Основные результаты. По спектрам электронного поглощения исследовано фотосенсибилизированное окисление антраценовых групп нового полимера под действием оптического излучения в спектральном диапазоне 408–532 нм. Показано, что приближение длины волны возбуждения к максимуму длинноволнового поглощения фенантренхинона (410 нм) позволяет увеличить чувствительность слоя материала в 15 раз по сравнению со слоями с метиленовым синим в качестве фотосенсибилизатора. Экспериментально установлено, что амплитуда слабых периодических рельефов деформационной природы (высота менее 0,01 мкм), возникающих непосредственно после записи голографических решеток, в процессе обработки слоя жидким углеводородом многократно увеличивается. Ее максимальная величина достигает 25 % толщины регистрирующего слоя. Предположительно, деформация неоднородно облученного слоя стимулируется переводом полимерного материала в высокоэластичное состояние при его набухании. Фоторельефы стабильны после высушивания. Их прочность может быть увеличена фотосшиванием материала в результате фотодимеризации остаточных антраценовых групп при однородном облучении светом с длиной волны 365 нм. Несинусоидальность фоторельефа снижает достижимую при полном отражении дифракционную эффективность до значений менее 0,20. Практическая значимость. Исследованная полимерная композиция может быть использована для формирования рельефно-фазовых дифракционных оптических элементов излучением в сине-зеленой области спектра, обеспеченной рядом мощных лазерных источников.

1. Суханов В.И., Лашков Г.И., Петников А.Е., Ащеулов Ю.В., Резникова И.И., Черкасов А.С. Запись фазовых голограмм на органическом полимерном материале с дисперсией, изменяющейся вследствие триплет-сенсибилизированных процессов // Оптическая голография: сборник статей / под ред. Ю.Н. Денисюка. Л.: Наука, 1979. С. 24–42.

2. Суханов В.И. Фазовые голограммы в регистрирующих средах с дисперсионной рефракцией // Успехи физических наук. 1986. Т. 148. № 3. С. 541–542.

3. Лашков Г.И. Перенос энергии с участием триплетных состояний в фазовой регистрации света // Успехи физических наук. 1986. Т. 148. № 3. С. 539–541.

4. Суханов В.И., Вениаминов А.В., Рыскин А.И., Никоноров Н.В. Разработки ГОИ в области объемных регистрирующих сред для голографии // Сборник трудов Всероссийского семинара «Юрий Николаевич Денисюк-основоположник отечественной голографии». СПб.: ГУ ИТМО, 2007. С. 262–276.

5. Могильный В.В., Станкевич А.И., Храмцов Э.А. Полимерный материал для прямой записи фазовых объемных голограмм в «красной» области спектра // Сборник научных трудов IX Международной конференция по фотонике и информационной оптике. М.: НИЯУ МИФИ, 2020. С. 651–652.

6. Могильный В.В. Станкевич А.И., Храмцов Э.А., Шкадаревич А.П. Объемный голографический материал для красной области спектра на основе полимера с боковыми антраценовыми группами // Журнал прикладной спектроскопии. 2021. Т. 88. № 1. С. 159–165.

7. Могильный В.В., Станкевич А.И., Храмцов Э.А., Шкадаревич А.П. Фоторефрактивный и рельефообразующий голографический материал // Сборник научных трудов XI Международной конференции по фотонике и информационной оптике. М.: НИЯУ МИФИ, 2022. С. 629–630.

8. Могильный В.В., Грицай Ю.В., Ковалев С.В. Периодические поверхностные фоторельефы в стеклообразных и высокоэластичных полимерах // Журнал технической физики. 1999. Т. 69. № 8. С. 79–83.

9. Вениаминов А.В., Лашков Г.И., Ратнер О.Б., Шелехов Н.С., Бандюк О.В. Голографическая релаксометрия как метод исследования диффузионных процессов в полимерных регистрирующих средах // Оптика и спектроскопия. 1986. Т. 60. № 1. С. 142–147.

10. Ферри Д. Вязкоупругие свойства полимеров. М.: Издательство иностранной литературы, 1963. 535 с.

11. Mahilny U.V., Trofimova A.V. A new mechanism of stable optical birefringence recording under polarized UV radiation in photocrosslinking polymeric materials // Journal of Optics. 2011. V. 13. N 10. P. 105601. https://doi.org/10.1088/2040-8978/13/10/105601

12. Могильный В.В., Станкевич А.И. Усиление голографических рельефных решеток, записанных в слоях фотосшиваемых полимеров // Сборник научных трудов VIII Международной конференции по фотонике и информационной оптике. М.: НИЯУ МИФИ, 2019. С. 273–274.

13. Могильный В.В. Станкевич А.И., Храмцов Э.А., Шкадаревич А.П. Фотоокисление антраценсодержащих полимеров атмосферным кислородом для объемно-фазовой и рельефно-фазовой голографической записи // Материалы 14-й Международной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом». Мн.: БГУ, 2021. С. 325–329.

14. Вениаминов А.В., Могильный В.В. Голографические полимерные материалы с диффузионным проявлением: принципы, компоновка, исследования и применения // Оптика и спектроскопия. 2013. Т. 115. № 6. С. 143–167. https://doi.org/10.7868/S0030403413120209

15. Mahilny U.V., Marmysh D.N., Tolstik A.L., Matusevich V., Kowarschik R. Phase hologram formation in highly concentrated phenanthrenequinone–PMMA media // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 2008. V. 10. N 8. P. 085302. https://doi.org/10.1088/1464-4258/10/8/085302

16. Настас А.М., Иову М.С. Исследование влияния глубины рельефа на дифракционную эффективность отражающей и пропускаю щей рельефно-фазовых дифракционных решеток // Журнал технической физики. 2015. Т. 85. № 7. С. 133–134.