удк 621.373.826 исследование особенностей

УДК 621.373.826
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОТОПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОЛЕКУЛ
КЛАССА ХРОМОНОВ ПРИ МНОГОФОТОННОМ ВОЗБУЖДЕНИИ
А.Н. Сергеев, Я.Ю. Сухих
(Университет ИТМО, Санкт-Петербург)
Научный руководитель – к.ф.-м.н., с.н.с. С.В. Гагарский
(Университет ИТМО, Санкт-Петербург)
Соединения на основе светочувствительных молекул хромонов и диарилэтенов являются
перспективными материалами для применения в информационных технологиях, разработке
оптических переключателей, маркировке и других областях. Органические молекулы из
класса хромонов под воздействием УФ-излучения, могут необратимо преобразовываться из
исходного нелюминесцирующего состояния А в стабильную люминесцирующую форму С.
Конечный фотопродукт, в отличие от начальной формы, имеет измененный спектр
поглощения и полосу люминесценции в видимой области (400-500 нм).
На данном этапе развития технологий, построенных на использовании этих соединений
представляет интерес как проведение фундаментальных исследований свойств самих
соединений, так и прикладных исследований, таких как определение оптимальных временных
и спектральных характеристик лазеров для записи информации в многослойных дисках,
основанных на методе двухфотонной записи и флуоресцентного считывания [1]. В рамках
данной работы для исследования особенностей фотопреобразования молекул хромонов в
образцах была произведена запись люминесцентных меток лазерными импульсами фемто- и
наносекундного диапазона на различных длинах волн. В последствии были измерены спектры
люминесценции записанных меток.
В наших экспериментах в качестве образцов использовались ПММА-плёнки, толщиной
5–7 мкм с внедренными в них светочувствительными молекулами хромонов, нанесенные на
стеклянную подложку толщиной 150 мкм.
Источником наносекундных импульсов служил неодимовый минилазер с
самоинжекцией в режиме активной модуляции добротности на кристалле RKTP [2] с длиной
волны генерации 1064 нм. Излучение генерации преобразовывалось средствами нелинейной
оптики во вторую (532 нм) и третью (355 нм) гармоники, а также в стоксовые компоненты
второй гармоники (564 и 598 нм), полученные в результате ВКР-преобразования в кристалле
нитрата бария. Излучение на длинах волн видимого спектрального диапазона использовались
для двухфотонной записи люминесцентных центров, а УФ излучение — для однофотонной.
Установлено, что минимальные пороговые значения плотности мощности, необходимой для
двухфотонной записи люминесцентных меток при использовании импульсов длительностью
2.5 нс с длиной волны 532 нм составили порядка 1 ГВт/см2, что соответствует плотностям
энергии 2.5 Дж/см2. Это значение находится в непосредственной близи от порога оптического
разрушения полимерных материалов, образующих матрицу.
Запись люминесцентных меток импульсами фемтосекундной длительности
осуществлялась на установке, состоящей из килогерцового титан-сапфирового лазера, и двух
параметрических преобразователей с генераторами гармоник. Установка позволяла
осуществлять перестройку длины волны фемтосекундных импульсов возбуждения в
диапазоне 530-620 нм. Системы из синхронизированных затвора и прерывателя позволяла
вырезать одиночный импульс из последовательности импульсов генерации. Пороговая
плотность мощности для записи люминесцентных центров записывающими импульсами
длительностью около 120 фс, с центральной длиной волны 620 нм составила 5 ГВт/см2, что
соответствовало плотности энергии 0.6 мДж/см2. При перестройке длины возбуждающего
фемтосекундного импульса в диапазоне 530-600 нм при длительности 80 фс,
фототрансформация молекул во флюоресцирующее состояние не наблюдалась. Это, повидимому, связано с эффектом задержки на преодоление электроном потенциального барьера
после поглощения первого фотона для перехода в состояние, из которого возможно
поглощение второго фотона с последующим переходом в другое устойчивое состояние с
отличным от исходной структурой энергетических уровней. В работе [3] этот эффект
наблюдался в фотохромных соединениях из класса диарилэтенов. Задержка составляла от
сотен фемтосекунд до нескольких пикосекунд. Аналогичные процессы могут иметь место и
для соединений хромонов. Поэтому представляет интерес проведение более детальных
теоретических и экспериментальных исследований с помощью методик сверхбыстрой
спектроскопии (PuRePr–pump-repump-probe) для определения оптимальной временной
структуры записывающего лазерного импульса.
При анализе полученных спектров люминесценции для одинаковых условий
возбуждения и различных параметров записывающего излучения, было выявлено, что при
двухфотонной записи флуоресцентных меток, возможна трансформация молекул в различные
люминесцентные изомеры. Для однофотонной записи подобного явления не наблюдается.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что для
эффективного фотопреобразования молекул хромонов в различные формы в результате
двухфотонного
поглощения,
предпочтительно
использование
либо
импульсов
пикосекундного диапазона или пары более коротких импульсов, разделенных определенным
временным интервалом. Определение этого интервала, наряду с уточнением оптимального
спектрального диапазона требует дополнительного изучения.
Литература:
1. Ayt A. et al. Two-photon recording of stable luminescent centers in chromone-doped polymer
films //Laser Optics, 2014 International Conference. – IEEE, 2014. – С. 1-1.
агарский С.В., Сухих Я.Ю и др. Компактный килогерцовый одночастотный Nd:YAGлазер с самоинжекцией и активной модуляцией добротности на кристалле RKTP.
Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. 2015. Т. 3. С. 144-147.
3. Ward C. L., Elles C. G. Cycloreversion Dynamics of a Photochromic Molecular Switch via
One-Photon and Sequential Two-Photon Excitation //The Journal of Physical Chemistry A. –
2014. – Т. 118. – №. 43. – С. 10011-10019.