Research Results 05

2018 г.

Теоретическое и экспериментальное исследование внутренних свойств объемных решеток (структур) методом оптической гетеродинной томографии

 

 

Разработаны физические и экспериментальные основы лазерного гетеродинного метода послойного (по толщине образца) восстановления характеристик толстых отражающих дифракционных решеток. Теоретически определены и опытным путем подтверждены такие характеристики метода, как его чувствительность и разрешающая способность. (Отв. исполнитель – к.т.н. Ю.А. Щепеткин)

Исследование явления насыщения двухфотонного поглощения в нелегированных кристаллах танталата лития с использованием фемтосекундного лазерного излучения

 

Проведены измерения коэффициентов двухфотонного поглощения (ДФП) в нелегированных кристаллах танталата лития (LiTaO3) с молярной концентрацией лития 49,6 моль% в условиях мощного фемтосекундного лазерного возбуждения. Длительность импульсов 60 фс. Обнаружено, что значения коэффициентов ДФП зависят от интенсивности фемтосекундных лазерных импульсов и при значениях интенсивности 11 ГВт/см2 и более обладают свойством насыщения. Результаты компьютерного моделирования явления насыщения ДФП находятся в хорошем соответствии с экспериментальными данными. (Отв. исполнитель – к.т.н. И.Ш. Штейнберг)

Сравнительный анализ двух (известной и предложенной) методик измерения дифракционной эффективности фотополимерных голографических отражательных решеток

 

 

Проведено сравнение значений дифракционной эффективности (ДЭ) объёмных отражательных голограмм, полученных с использованием известной двухпучковой и предложенной однопучковой схем записи. Теоретически и экспериментально показано, что при постоянстве характеристик фотополимерного материала (ФПМ) и режимов записи (интенсивности пучков и энергии экспозиции) наблюдается почти линейное соответствие значений ДЭ голограмм, полученных в сравниваемых схемах. Это означает, что по значению ДЭ голограммы, записанной в однопучковой схеме с полупрозрачным зеркалом, можно указать значение ожидаемой ДЭ голограммы в двухпучковой схеме. (Отв. исполнитель – к.т.н. Е.Ф. Пен)

Исследование процессов записи в халькогенидных стеклах глубокого фазового рельефа (4π и более) для получения дифракционных оптических элементов высоких порядков дифракции.

 

 

Предложена и апробирована технология лазерного гравирования глубокого треугольного геометрического рельефа на халькогенидных слоях с высоким показателем преломления. Обеспечена глубина гравировки, соответствующая разности фаз до 30π в видимом диапазоне излучения. C целью сокращения времени выбора режима записи треугольные профили штрихов формировались в виде фрагментов дуг шириной 30 мкм, достаточных и удобных для интерференционных измерений. (Отв. исполнитель – к.т.н. В.И. Наливайко)

2017 г.

Разработка томографического метода исследования внутренней структуры объемного светочувствительного материала при нелинейном характере записи тестовой решетки-голограммы

 

 

Впервые иллюстрирована возможность применения технологии лазерной гетеродинной томографии для исследования нелинейных оптических свойств светочувствительных кристаллов фосфида кальция, легированного натрием. Исследование проведено путем послойного сканирования ранее зарегистрированной тестовой объемной решетки и определения амплитудно-фазовых характеристик каждого из ее слоев. Обнаружены первые три гармоники зарегистрированной объемной решетки, что является признаком нелинейного характера ее записи. Определены параметры гармоник: периоды, коллинеарность векторов, соотношения амплитуд, значения дифракционной эффективности по толщине. Показано, что исследуемая решетка имеет амплитудно-фазовую модуляцию с преобладанием дифракции на фазовой компоненте. (Отв. исполнитель – к.т.н. Ю.А. Щепеткин)

Исследование особенностей нелинейной (двухфотонной, пороговой) микромодификации в фотополимерных материалах на основе толстой малоусадочной эпоксидной матрицы

 

Проведено исследование распределения шумов рассеяния в толстой (450 – 500 мкм) эпоксидной матрице и характеристик фотополимерного материала с синглет–триплетным механизмом возбуждения красителя, созданном в НИОХ СО РАН на ее основе. Показано, что: 1) уровень шумов рассеяния такой матрицы на порядок превышает шум рассеяния качественной стеклянной подложки; 2) зависимость амплитуды модуляции показателя преломления фотополимера от интенсивности записывающих пучков имеет линейный характер, что свидетельствует о двухступенчатом механизме возбуждения красителя; 3) запись микрорешеток в таком материале без коррекции сферической аберрации можно проводить только в диапазоне глубин 30 – 280 мкм (ранее такой диапазон был доступен только в кристаллах ниобата и танталата лития). (Отв. исполнитель – к.т.н. И.Ш. Штейнберг)

Развитие методик экспресс-тестирования свойств фотополимерных материалов (светочувствительности, дифракционной эффективности, усадки)

 

 

Разработаны методика и реализующее её устройство тестирования голографических фотополимерных материалов (ГФПМ), позволяющие сократить время испытаний за счёт упрощения оптической схемы и уменьшения количества юстировочных операций. При этом сохранены возможности для оценки степени усадки ГФПМ и величины дифракционной эффективности голограмм в процессе их записи. Указанные отличительные особенности устройства защищены патентом РФ на полезную модель. Проведено успешное тестирование ряда образцов ГФПМ, создаваемых в НИОХ СО РАН. (Отв. исполнитель – к.т.н. Е.Ф. Пен)

Поиск новых технологий синтеза халькогенидных стекол с целью получения оптических элементов для инфракрасного диапазона излучения

 

 

Предложена технология формования ИК-линз из халькогенидного стекла без внешнего давления с применением пресс-форм из хрупкого оксидного стекла (вместо сверхтвердых сплавов). Получен опытный образец плоско-выпуклой линзы с относительным отверстием 1 : 3 и весом 1,3 г. В дальнейшем планируется провести исследования аберраций таких линз и возможности их коррекции путем нанесения глубоких дифракционных рельефов. (Отв. исполнитель – к.т.н. В.И. Наливайко)

Разработка методов исследования рассеивающих свойств и микроструктуры прозрачной керамики (и других дисперсионных сред) путем трехмерного лазерного гетеродинного сканирования

 

 

Созданы действующий макет и программное обеспечение прецизионного 3D лазерного гетеродинного микрозонда для исследования и визуализации внутренних оптических свойств объемных материалов с фазовым характером микронеоднородностей. Показано, что из-за сферических аберраций продольный размер микрозонда на глубине до 630 мкм увеличивается в 2,44 раза, что следует учитывать при глубинном микрозондировании. По методике 3D микрозондирования получены двумерные и трехмерные изображения внутренних фазовых неоднородностей образцов лазерной керамики.

2016 г.

Исследование послойного восстановления двумерных изображений исследуемого 3D объекта в системе лазерной доплеровской томографии с матричным фотоприемником

 

 

Проведено исследование оптико-электронной томографической системы с матричным фотоприемником, позволяющей: а) восстановить поле рассеянного излучения в каждом из слоев изучаемой среды в виде двумерного изображения; б) измерить амплитудную и фазовую компоненты рассеянного излучения во всех «пикселах» таких изображений. Показано, что разрешающая способность системы по глубине материала не зависит от того какой из фотоприемников находится на ее выходе: фотодиод или фотоматрица. Создана компьютерная программа для первичной обработки информации с выхода видеокамеры (на основе ПЗС-матрицы). Экспериментально подтверждены правильность не только выбранного физико-технического решения, но и основных физико-технических положений, принятых при его разработке. Наиболее перспективная область применения предложенной оптико-электронной системы с матричным фотоприемником – детектирование рассеянных световых полей, пространственно некогерентных по апертуре фотоприемника. (Отв. исполнитель – к.т.н. Ю.А. Щепеткин)

Исследование влияния концентрации основных компонентов фотополимерного материала с синглет-триплетным механизмом возбуждения красителя на экспозиционные и шумовые характеристики материала при облучении мощными наносекундными импульсами лазера с длиной волны 532 нм

 

Совместно с НИОХ СО РАН найдено оптимальное значение концентрации компонентов фотополимерного материала с синглет-триплетным механизмом возбуждения красителя-сенсибилизатора, при котором чувствительность такого фотополимера повышается в 1,9 раза, а диапазон изменения показателя преломления – в 2,2 раза. Показано также, что путем совершенствования технологии изготовления таких фотополимеров уровень их шумов рассеяния может быть существенно уменьшен. ФПМ с синглет-триплетным механизмом возбуждения красителя-сенсибилизатора имеет хорошие перспективы для использования в качестве регистрирующей среды многослойной оптической памяти с высокой информационной емкостью и высокой защитой от несанкционированного доступа. (Отв. исполнитель – к.т.н. И.Ш. Штейнберг)

Экспериментальные исследования спектральных свойств слоистых отражательных структур, состоящих из двух брэгговских голографических отражательных решеток, разделенных оптически однородным слоем

 

 

Экспериментально подтверждено, что спектр пропускания слоистых голографических структур, содержащих две объемные голографические отражательные решетки, разделенные оптически однородным слоем, состоит из множества узких спектральных полос пропускания, период расположения которых определяется оптической толщиной промежуточного слоя, а их огибающая совпадает с контуром спектральной селективности одиночной решётки. Анализ полученных спектральных характеристик показал их зависимость не только от параметров решеток и разделительного слоя, но и от неоднородности их внутренних свойств, вызывающих искажения контура спектрального отклика, уменьшение амплитуды локальных полос пропускания, ухудшение их разрешения. Путем сравнения экспериментальных и расчетных данных установлено, что наибольшее влияние оказывают изменения амплитуды модуляции показателя преломления светочувствительной среды по глубине решетки и нарушение ее периодичности из-за усадки толщины регистрирующего слоя в процессе записи и постобработки голограмм. Области применения результатов – фотоника, прикладная оптика, материаловедение. (Отв. исполнитель – к.т.н. Е.Ф. Пен)

Исследование характеристик бимодовых волноводных сенсоров для измерения концентраций водных растворов путем компьютерного моделирования

 

 

Проведен сравнительный анализ бимодовых сенсоров с волноводами из оксидного и халькогенидного стекол. Показано, что бимодовые халькогенидные сенсоры жидких растворов в сравнении с оксидными обладают преимуществами по чувствительности и возможностям миниатюризации конструкции. Расчетная чувствительность халькогенидного сенсора на 3 порядка выше чувствительности оксидного сенсора, а толщина халькогенидного волновода и длина вводных/выводных элементов сенсора в 20 раз меньше, чем у сенсора с волноводом в оксидном стекле. Область применения – биология, медицина, мониторинг окружающей среды. (Отв. исполнитель – к.т.н. В.И. Наливайко)

2015 г.

Поиск путей снижения порога чувствительности коллинеарного гетеродинного метода детектирования амплитуды и фазы рассеянного оптического излучения

 

 

Создана экспериментальная установка (с кольцевым фотодетектором) для измерения спектральной плотности шумов малоуглового рассеяния (энергетических спектров Винера) элементов оптики. С её помощью получены значения спектральной плотности монокристаллов парателлурита, стекла ТФ-7, линз, а также шумов (флуктуаций мощности) полупроводниковых лазеров. Полученные данные позволили провести оптимизацию параметров оптической системы лазерной доплеровской томографии с гетеродинным фотодетектором. (Отв. исполнитель – к.т.н. Ю.А. Щепеткин)

Исследование особенностей интерференционной микромодификации фотополимерного материала с синглет-триплетным механизмом возбуждения красителя при облучении мощными наносекундными импульсами лазера с длиной волны 532 нм

 

Проведена запись объемных микрорешеток размером 0,8 × 1,2 × 4,5 мкм3 на глубине 40 – 60 мкм нового фотополимера (тощина 100 – 150 мкм), в режиме возбуждения запрещенных синглет-триплетных переходов красителя при облучении мощными (до 10 ГВт/см2) импульсами излучения с длиной волны 532 нм. Подтверждено, что в этих материалах запись микрорешеток с амплитудой модуляции показателя преломления на уровне Δn = 1,3 × 10-3 происходит за один импульс длительностью 1,7 нс. (Отв. исполнитель – к.т.н. И.Ш. Штейнберг)

Разработка методики определения параметров эффективной усадки фотополимерных материалов, учитывающей фотоиндуцированные значения как физической (геометрической) толщины, так и среднего значения показателя преломления светочувствительного слоя

 

 

Разработана новая методика определения параметров эффективной усадки голографических фотополимерных материалов (с учетом изменения среднего значения показателя преломления и толщины регистрирующего слоя). Успешная экспериментальная апробация этой методики проведена на фотополимерных материалах фирмы Bayer MaterialScience (Германия) и образцах фотополимеров (созданы НИОХ СО РАН) с различными типами мономеров. (Отв. исполнитель – к.т.н. Е.Ф. Пен)

Исследование характеристик внеосевых фокусирующих голографических зеркал сканеров в режиме отражения от нелинейной поверхности

 

 

Проведен анализ оптических схем микросканеров на основе нелинейных (в частности, сферических) зеркал. Путем компьютерного моделирования показано, что с помощью таких устройств можно обеспечить отклонение пучков света шириной порядка десятков микрон до углов ~ 90°. При кривизне зеркала в 200 мкм и его линейном перемещении на 50 мкм расчетное значение угла отклонения составляет 23°. Апробация принципа работы микросканера проведена на голографических (халькогенидных) зеркалах. (Отв. исполнитель – к.т.н. В.И. Наливайко)

2014 г.

Разработка метода коллинеарного гетеродинирования для измерения амплитуды и фазы малоуглового рассеяния света

 

 

Предложена структура оптико-электронного канала коллинеарного гетеродинного детектирования малоуглового рассеянного света и разработан новый метод улучшения его разрешающей способности, который основан на снижении уровня перекрытия зондирующих пучков и интенсивности бегущей считывающей решетки в зоне рассеяния. Область применения результатов: физическое материаловедение, анализ структуры оптических материалов, дефектоскопия. (Отв. исполнитель – к.т.н. Ю.А. Щепеткин)

Исследование экспозиционных характеристик фотополимерных материалов с катионным механизмом полимеризации в режиме двухфотонного возбуждения

 

Определена экспозиционная характеристика катионно-инициируемого фотополимерного материала (ФПМ) в режиме двухфотонной записи микрорешеток. Показано, что насыщенное значение амплитуды модуляции показателя преломления Dn = 3.3×10-3 достигается при интенсивности света I = 7 ГВт/см2, а минимальное характерное время записи микрорешеток, составляющее 17.3 нс, в 2.3 раза меньше, чем в случае применения ФПМ со свободно-радикальным механизмом фотополимеризации (при том же значении голографической чувствительности). Впервые обеспечена запись трехмерного массива из 2160 микрорешеток в 10 слоях с использованием четырехуровневого фазового кодирования. Достигнутая при этом плотность записи – 7 × 1010 бит/см3. ФПМ с катионным раскрытием цикла перспективны для создания многослойных систем оптической памяти. (Отв. исполнитель – к.т.н. И.Ш. Штейнберг)

Исследование особенностей голографической записи изображений в цветных слоистых фотополимерных материалах

 

 

Совместно с НИОХ СО РАН исследованы свойства слоистых голографических фотополимерных материалов, созданных на основе новых патентоспособных мономеров и красителей. Экспериментально установлено, что дифракционные эффективности монохромных голограмм в однослойных ФПМ и голограмм каждого из трех цветов в слоистых ФПМ примерно одинаковы и составляют 70 – 80 %. Слоистые ФПМ могут найти применение в изобразительной и защитной голографии, а также при создании нового поколения дисплеев и систем голографической памяти. (Отв. исполнитель – к.т.н. Е.Ф. Пен)

Получение халькогенидных слоев сложного состава с высоким пространственным разрешением для записи внеосевых фокусирующих голографических зеркал

 

 

Подтверждена возможность синтеза из смеси составов As2S3 и As2Se3 в одном технологическом цикле халькогенидных слоев сложного состава As2S3×As2Se3 для записи объемных голограмм излучением с λ = 532 нм. На их основе изготовлены плоские голографические фокусирующие зеркала с параметрами: диаметр – 5 мм, фокусное расстояние – 30 мм, угол между падающим плоским и дифрагированным лучами ~ 90°, дифракционная эффективность на λ = 532 нм – 50%. Экспериментально реализованы возможности: а) сканирования светового пучка с помощью плоского дифракционного внеосевого зеркала; б) изготовления на основе такого зеркала малогабаритного скоростного сканера. Область применения: фотоника, волоконные системы связи, медицина. (Отв. исполнитель – к.т.н. В.И. Наливайко)

Измерение энергетических спектров малоуглового рассеяния и распределения оптических микронеоднородностей лазерной керамики

 

 

Получены энергетические спектры малоуглового (0.5º ÷ 6º) рассеяния света в дисперсных средах отечественных (0.8% Nd:YAG, №8 и №10) и зарубежного (1% Nd:YAG, R10097) образцов лазерной керамики и на основе этих данных установлено, что характерные размеры «зёрен» находятся в диапазоне 3 ÷ 22 мкм. Показано, что уровень спектральной плотности шумов рассеяния у образца керамики R10097 примерно в 5 ÷ 8 раз меньше, чем у отечественных образцов. Наличие в зависимостях Гинье трех участков, в том числе двух из них с достоверностью линейной аппроксимации ≈ 0.99, позволяет предполагать, что размеры «зёрен» у исследуемых образцов керамики R10097 и №8 распределены по закону трехмодальной функции, однако это предположение требует дальнейшей проверки. Предложена и введена в экспериментальную практику лазерная методика глубинного гетеродинного микрозондирования лазерной керамики, предусматривающая измерение амплитуды рассеянного света при больших (36º ÷ 42º) углах дифракции. Размеры светового зонда в объеме керамики Dx × Dy × Dz = 0.8 × 1.3 × 6.8 мкм3. Экспериментальным путем получены двумерные микроизображения флуктуаций показателя преломления (амплитуда модуляции на уровне 10-4) по толщине образцов керамики. Размер зоны сканирования y × z = 60 × 450 мкм2. Обнаружена зависимость генерационных характеристик (порога генерации, дифференциального КПД) от наличия и «концентрации» таких оптических микронеоднородностей. Показано, что наилучшими параметрами генерации обладает образец керамики R10097 с практически отсутствующими глубинными флуктуациями показателя преломления. (Отв. исполнители – к.т.н. Ю.А. Щепеткин, к.т.н. И.Ш. Штейнберг)

2013 г.

Метод лазерной доплеровской томографии для исследования внутренних шумов рассеяния объемных оптических материалов

 

 

Экспериментально подтверждено, что размеры аппаратной и автокорреляционной функций доплеровского томографа по толщине исследуемого оптического материала являются в первом приближении одинаковыми. Это означает, что такой томограф может быть использован не только для восстановления характеристик внутренних регулярных структур, но и случайных (шумовых). В этом случае разрешающая способность томографа по толщине материала будет определяться интервалом корреляции спектров выходных доплеровских сигналов, получаемых от разрешаемых слоев. Область применения – создание конкурентоспособных методов и средств для исследования внутренних свойств и характеристик оптических материалов, в том числе лазерной керамики. (Отв. исполнитель – к.т.н. Ю.А. Щепеткин)

Особенности двухфотонной интерференционной микромодификации фоторефрактивных полимерных материалов с полимеризацией путем катионного раскрытия цикла

 

В результате лазерной двухфотонной микромодификации образцов толстых (до 120 мкм) фотополимерных материалов с катионным механизмом полимеризации (разработка НИОХ СО РАН) показано, что зависимость показателя преломления этого материала от интенсивности записывающих пучков имеет квадратичный характер. В этом случае размеры регистрируемых микрорешеток по осям X, Y, Z уменьшаются и, как следствие, увеличивается плотность их размещения в объеме светочувствительной среды. Запись носит пороговый характер. Показано также, что темновое усиление, свойственное такому материалу, приводит к повышению дифракционной эффективности микрорешеток более чем в 2 раза. На основе таких материалов можно планировать создание новых многослойных оптических носителей сверхбольшой емкости. (Отв. исполнитель – к.т.н. И.Ш. Штейнберг)

Анализ и синтез компонент цвета голографических изображений

 

 

Определена степень кроссобесцвечивания цветных фотополимерных материалов, разрабатываемых в НИОХ СО РАН, при их возбуждении синим, зеленым и красным излучением. Экспериментально показано, что излучение красного лазера мало влияет на обесцвечивание «зеленого» красителя, а излучение зеленого лазера приводит к уменьшению поглощения «красного» красителя почти в 1.5 раза, что, в конечном счете, ведет к уменьшению дифракционной эффективности «красной» голограммы примерно на 10%. Найдены способы компенсации искажающего влияния усадки фотополимерных материалов на соотношение основных цветов в изображениях, восстановленных с фотополимерных голограмм. (Отв. исполнитель – к.т.н. Е.Ф. Пен)

Экспозиционные свойства цветных голографических фотополимерных материалов в режиме непрерывных экспозиций

 

 

Дано экспериментальное подтверждение справедливости ранее предсказанного эффекта (Gleeson M.R. and Sheridan J.T, 2009) зависимости дифракционной эффективности пропускающих фотополимерных голографических решеток от времени экспозиции при различных значениях суммарной интенсивности записывающих пучков. Найдено оптимальное суммарное значение интенсивности пучков для получения защитных и изобразительных голограмм с максимальной дифракционной эффективностью. (Отв. исполнитель – к.т.н. Е.Ф. Пен)

Моделирование спектров пропускания неоднородных фотонных структур с различной пространственной симметрией

 

 

Разработана методика расчета спектральных характеристик голографических фотонных кристаллов (ФК) с «дефектами» пространственной структуры (неоднородным изменением показателя преломления и фазового контраста между элементами в объеме ФК). Исходные данные – расчетное распределение показателя преломления структуры ФК вдоль выбранного кристаллографического направления. Методика апробирована на примерах расчета спектральных характеристик ряда модельных ФК. (Отв. исполнитель – к.т.н. Е.Ф. Пен, к.т.н. М.Ю. Родионов)

Измерение основных характеристик образцов отечественных керамик

 

Предложены измерительные методики и аппаратно-программные средства (в том числе новые) для измерения основных характеристик оптической керамики: пропускания по свету, шумов рассеяния (при прохождении света и при его отражении) и распределения оптических микронеоднородностей по толщине таких керамик. Эти методики и средства прошли успешную апробацию на образцах отечественной керамики (Института электрофизики УрО РАН и Института радиотехники и электроники РАН). (Отв. исполнитель – к.т.н. Ю.А. Щепеткин, к.т.н. И.Ш. Штейнберг)

2006 - 2011 гг.

Трехмерная лазерная микро- и макромодификация объемных светочувствительных сред

Рис. 1. Схема трехмерной двухфотонной записи матриц из 5 × 5 × 10 объемных микрорешеток размером 1 × 1,4 × 6 мкм3 в фотополимерном материале толщиной 120 мкм.

Рис. 1

Разработаны физические и экспериментальные основы трехмерной лазерной микро- и макромодификации светочувствительных сред в режимах линейного и нелинейного (двухфотонного, двухступенчатого) поглощения. Опытным путем подтверждена возможность глубинной записи/гетеродинного детектирования  однородных микро- и макрорешеток во всём светочувствительном объеме изучаемых сред: фотополимерных материалов и электрооптических кристаллов ниобата и танталата лития. Пример трехмерной двухфотонной записи матрицы из 5 × 5 × 10 объемных микрорешеток в фотополимере показан на рис. 1. Предложены методы синтеза «толстых» фотополимерных материалов с малой усадкой, фотоиндуцированным изменением показателя преломления, механизмами линейного и нелинейного поглощения и т.п., включая томографические методы исследования их пространственных, в том числе послойных, свойств. Работы выполнены в рамках междисциплинарных интеграционных проектов Президиума СО РАН 2006 – 2011 гг. На основе полученных результатов подготовлена коллективная монография «Трехмерная лазерная модификация объемных светочувствительных сред», авторы – Твердохлеб П.Е., Пен Е.Ф., Щепеткин Ю.А., Штейнберг И.Ш., Шелковников В.В. и др. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2012 г., 450 стр. (в печати). Они отмечены среди основных научных результатов Сибирского отделения РАН в 2011 году (СО РАН в 2011 году. 1. Основные научные результаты. Физико-технические науки // Новосибирск: Издательство СО РАН, 2012, с. 46-48).

Глубинная двухфотонная микромодификация фотополимерных материалов на основе тиоксантеновых хромофоров

Измерены сечения двухфотонного поглощения тиаксантеновых хромофоров
(dmax = 252·10-50 см4·с/фот). Проведена запись последовательности микрорешеток в произвольных по глубине слоях фотополимера излучением второй гармоники Nd:YVO4лазера с длиной волны 532 нм. Размер микрорешетки –  1,0 × 1,4 × 6,4 мкм3. Их селективное по глубине детектирование проводилось путем оптического коллинеарного гетеродинирования. Важной особенностью двухфотонного поглощения является то, что в отличие от случая линейного поглощения в каждом слое может быть достигнуто максимальное значение амплитуды модуляции показателя преломления, а глубинная запись проходит однородно по глубине. Показано, что хромофоры обеспечивают высокие значения голографической чувствительности фотополимерного материала (S = 1,2 см/Дж) и амплитуды модуляции показателя преломления (Δn = 4,8·10-3). Сообщений о получении однородной записи и отмеченных значений параметров S и Δn в научной литературе пока нет.

Проект «Многослойная голографическая память на основе двухфотонных регистрирующих материалов» (Штейнберг И.Ш., Щепеткин Ю.А., Вьюхина Н.Н. и др.) отмечен Дипломом II степени и Серебряной медалью на XVIII Международной выставке – конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (г. Санкт-Петербург, 13 – 15 марта 2012 г.) «за лучший инновационный проект и лучшую научно-техническую разработку года».

Лазерная доплеровская томография объемных светочувствительных материалов

Рис. 2. Схема экспериментальной установки лазерной доплеровской томографии объемных регистрирующих сред

Рис. 2

Предложен новый метод лазерной доплеровской томографии для послойного измерения шумов рассеяния, усадки, показателя преломления и коэффициента поглощения, а также других оптических характеристик объемных (толстых) светочувствительных сред. Он основан на формировании в объеме среды сканирующей интерференционной решетки с переменной по глубине скоростью движения, вследствие чего каждому слою по толщине среды соответствует свой доплеровский сдвиг частоты света. Путем коллинеарного гетеродинного детектирования определяется содержимое  (амплитуда и фаза) записанной решетки в каждом слое. Оптико-электронная система для экспериментальной реализации метода представлена на рис. 2. Получены формулы для оценки пространственной разрешающей способности метода, оптимального периода тестовой решетки, максимального количества детектируемых слоев и указана их связь с параметрами элементов оптической системы. Восстановлены значения амплитуды и фазы рассеянного света в глубинных слоях объемной тестовой решетки, записанной в фотополимере НИОХ СО РАН толщиной 130 мкм. Впервые установлен характер продольной усадки светочувствительного слоя такого материала, находящегося между стеклянной подложкой и защитным слоем. Метод защищен патентом РФ на изобретение №2377539 от 09 июля 2008 г. (автор – Ю.А. Щепеткин).

Неоднородные объемные голограммы и искажение их пространственных решеток

 

Экспериментально установлено, что искажения пространственной структуры решеток неоднородных голограмм существенно влияют на характеристики угловой и спектральной селективности многослойных структур, состоящих из нескольких объемных неоднородных пропускающих или отражательных голографических решеток, разделенных промежуточными оптически однородными слоями. Путем компьютерного моделирования найдены параметры неоднородностей голографических решеток, в наибольшей степени влияющих на селективные свойства исследуемых структур. Их следует учитывать при изготовлении дифракционных расщепителей пучков, спектральных фильтров, защитных и изобразительных голограмм (Отв. исп. – Е.Ф. Пен, М.Ю. Родионов).

Получение фотонных квазикристаллов путем трехмерной лазерной стереолитографии

 

Рис. 3а) Модель структуры фотонного квазикристалла, полученного методом голографической литографии

Рис. 3а

Рис. 3б) Картина дифракции пучка белого света на образце такого кристаллаРис. 3б

Освоена технология получения образцов фотонных квазикристаллов (ФК) [Robert C. Gauthier and Alexei Ivanov. Production of quasi-crystal template patterns using a dual beam multiple exposure technique// Optics Express, 2004, V. 1, № 6. P. 990-1003] на толстых фотополимерных материалах методом голографической литографии (Отв. исп. – Пен Е.Ф, Шаталов И.Г.). Изготовлен экспериментальный образец ФК в виде пяти аксиально наложенных объёмных голографических решеток, при этом один из интерферирующих пучков ориентирован перпендикулярно к поверхности регистрирующей среды, а второй составляет с ним угол 39°. Шаг поворота регистрирующей среды  в аксиальном направлении – 72°. На рис. 3а) показана пространственная структура этого квазикристалла (получена путем компьютерного моделирования), а на рис. 3б) изображена  картина дифракции пучка белого света, падающего по нормали к поверхности ФК. Видны пять дифракционных лепестков, каждый из которых представляет собой спектральное распределение прошедшего пучка света. Отличия в степени интенсивности обусловлены разной дифракционной эффективностью наложенных голограмм из-за нелинейной экспозиционной характеристики образца фотополимерного материала.

В 2010 году работы лаборатории в области исследования и применения толстых фотополимерных материалов, проводимые совместно с НИОХ СО РАН, отмечены: Серебряной статуэткой (2 место) XI Международного форума «Высокие технологии XXI века» (г. Москва); Дипломом X Московского международного салона инноваций (г. Москва); Дипломом VII Международной конференции «Голография Экспо – 2010» (г. Москва).

Акустооптический дисперсионный фильтр для управления формой фемтосекундных лазерных импульсов

 

 

 

Разработан и создан макет акустооптического дисперсионного фильтра для управления формой фемтосекундных лазерных импульсов (к.т.н. А.В. Трубецкой, Н.Н. Вьюхина, В.Н. Затолокин). Прибор-фильтр позволяет независимо управлять амплитудой и фазой каждой спектральной составляющей фемтосекундного лазерного импульса (см. ссылку). Благодаря этому открываются возможности коррекции дисперсионных искажений световых импульсов, возникающих в усиливающих лазерных средах и оптических элементах, а также формирования фемтосекундных лазерных импульсов заданной формы. По дифракционной эффективности и оптической полосе созданный фильтр почти в 2 раза превышает параметры зарубежного аналога. Области применения – фемтосекундные лазерные системы для научных исследований.