Институт в фотографиях

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.