RU2242782C2 - Light-refracting polymeric material - Google Patents

Abstract

FIELD: polymer materials.

SUBSTANCE: invention provides light-refracting polymeric material with high diffraction efficiency in the near infrared region that can be used in optoelectronic devices, in processes of real-time recording of dynamic holograms, and in other photon technologies. Mixture according to invention is made from composition containing (i) 90.0-99.8% of polymer with high vitrification temperature selected from: dielectric polymer, semiconductor polymer devoid of system of conjugated double bonds in its main chain or semiconductor polymer having system of conjugated double bonds in its main chain and (ii) 0.20-10.0% of cyanine or squaryl dye in the form of J-aggregates as sensitizer and nonlinear optic chromophore.

EFFECT: extended spectral range for sensitivity of material in the near infrared region, in particular light-refracting and physico-mechanical properties, and increased hologram recording speed.

4 ex

Description

Изобретение относится к фоторефрактивным полимерным материалам с высокой дифракционной эффективностью в ближней инфракрасной области электромагнитного спектра и может быть использовано в оптоэлектронных устройствах, в процессах записи динамических голограмм в реальном масштабе времени, усиления информационных лазерных лучей, оптоволоконной связи, передачи изображений через рассеивающие электромагнитное излучение среды, оптического просвечивания рассеивающих свет биологических тканей и других фотонных технологиях.The invention relates to photorefractive polymeric materials with high diffraction efficiency in the near infrared region of the electromagnetic spectrum and can be used in optoelectronic devices, in the process of recording dynamic holograms in real time, amplification of information laser beams, fiber optic communication, image transmission through electromagnetic radiation scattering media, optical transmission of light scattering biological tissues and other photonic technologies.

Известны полимерные фоторефрактивные материалы [1] (US, патент, 5744267 кл. G 03 H 001/04; G 03 C 001/72, 1998), которые содержат, мас.%: полупроводниковый полимер поливинилкарбазол 33, пластификатор этил-, или метил-, или фенилкарбазол 16, оптический сенсибилизатор 2,4,7-тринитрофлуоренон 1, нелинейный оптический (НЛО) азокраситель 50. Эти материалы имеют максимальный коэффициент усиления лазерного луча при двухлучевом взаимодействии Г=220 см^-1 в электрическом поле Е=90 В/мкм при длине волны электромагнитного излучения λ=675 нм. Время записи голограммы составляет 10 с.Polymer photorefractive materials are known [1] (US Patent, 5,744,267, class G 03 H 001/04; G 03 C 001/72, 1998), which contain, wt%: semiconductor polymer polyvinylcarbazole 33, ethyl or methyl plasticizer -, or phenylcarbazole 16, an optical sensitizer 2,4,7-trinitrofluorenone 1, nonlinear optical (UFO) azo dye 50. These materials have a maximum laser beam gain of two-beam interaction G = 220 cm ^-1 in an electric field E = 90 V / μm at a wavelength of electromagnetic radiation λ = 675 nm. Hologram recording time is 10 s.

Недостатком известных полимерных фоторефрактивных материалов является узкий спектральный диапазон чувствительности, ограниченный со стороны длинных волн красным светом с λ=675 нм. Кроме того, высокие значения Г обеспечиваются низкой температурой стеклования фоторефрактивного полимерного материала и соответственно высокой подвижностью НЛО молекул хромофора. Низкая температура стеклования достигается введением большой концентрации низкомолекулярного пластификатора. При этом резко ухудшаются физико-механические характеристики полимерного слоя: он становится пластичным и испытывает необратимые деформации с течением времени, кроме того, резко возрастает молекулярная подвижность в слое. Это ведет к диффузии и агломерации молекул сенсибилизатора, что существенно ухудшает стабильность фоторефрактивных характеристик слоя. Так как скорость записи голограммы определяется медленным процессом ориентации молекул хромофора в электрическом поле, она является низкой и составляет 10 с.A disadvantage of the known polymer photorefractive materials is a narrow spectral range of sensitivity, limited on the side of long waves by red light with λ = 675 nm. In addition, high G values are provided by the low glass transition temperature of the photorefractive polymer material and, accordingly, by the high mobility of UFOs of chromophore molecules. A low glass transition temperature is achieved by the introduction of a high concentration of low molecular weight plasticizer. In this case, the physicomechanical characteristics of the polymer layer sharply worsen: it becomes plastic and experiences irreversible deformations over time, in addition, the molecular mobility in the layer sharply increases. This leads to diffusion and agglomeration of the sensitizer molecules, which significantly impairs the stability of the photorefractive characteristics of the layer. Since the recording speed of a hologram is determined by the slow process of orientation of the chromophore molecules in an electric field, it is low and amounts to 10 s.

Наиболее близким к предлагаемому по составу и свойствам является полимерный фоторефрактивный материал, содержащий полупроводниковый полимер поливинилкарбазол, обеспечивающий транспорт дырок, этилкарбазол в качестве пластификатора, (2,4,7-тринитро-9-флуоронилиден) малононитрил в качестве оптического сенсибилизатора, обеспечивающего чувствительность материала до ближней инфракрасной области электромагнитного излучения λ=830 нм и НЛО хромофор из ряда полиеновых молекул в мономолекулярной форме [2] (Science. 1998, т.279, с.54). Полиеновые молекулы обладают большими дипольным моментом, анизотропией поляризуемости и гиперполяризуемостью, что обеспечивает высокое значение важного параметра фоторефрактивного материала - большой динамический диапазон (модуляция показателя преломления Δn), максимальное значение Δn равно 1,5×10^-3 при λ=830 нм. По формуле Г=4πΔnsinψ/λ можно оценить максимальное значение коэффициента усиления лазерного луча при двухлучевом взаимодействии Г (макс.), реализуемое при смещении фазы между фазовой и интерференционными решетками ψ=π/2, Г (макс.)=225 см^-1. Фоторефрактивный эффект в этом материале является следствием двух факторов:Closest to the proposed composition and properties is a polymer photorefractive material containing a semiconductor polymer polyvinylcarbazole, which provides hole transport, ethylcarbazole as a plasticizer, (2,4,7-trinitro-9-fluoronilidene) malononitrile as an optical sensitizer, which ensures the sensitivity of the material to the near infrared region of electromagnetic radiation λ = 830 nm and a UFO chromophore from a number of polyene molecules in monomolecular form [2] (Science. 1998, v. 279, p. 54). Polyene molecules have a large dipole moment, polarizability anisotropy and hyperpolarizability, which ensures a high value of an important parameter of a photorefractive material - a large dynamic range (modulation of the refractive index Δn), the maximum value of Δn is 1.5 × 10 ^-3 at λ = 830 nm. Using the formula Г = 4πΔnsinψ / λ, we can estimate the maximum value of the laser beam gain in a two-beam interaction Г (max.), Which is realized when the phase is shifted between phase and interference gratings ψ = π / 2, Г (max.) = 225 cm ^-1 . The photorefractive effect in this material is a consequence of two factors:

1) в сильном постоянном внешнем электрическом поле при низкой температуре стеклования молекулы НЛО хромофора ориентируются в направлении поля, возникает макроскопическая нецентросимметричность и, как следствие, заметная восприимчивость второго порядка χ², при этом модуляция показателя преломления Δn происходит за счет электрооптического эффекта Поккельса;1) in a strong constant external electric field at a low glass transition temperature, the UFO molecules of the chromophore are oriented in the field direction, macroscopic noncentrosymmetry arises and, as a result, a noticeable second-order susceptibility χ ² , with modulation of the refractive index Δn due to the electro-optical Pockels effect;

2) внутреннее модулированное поле объемного заряда вызывает адекватную модуляцию ориентации дипольных хромофоров и двойное лучепреломление, что приводит к дополнительному увеличению Δn. Кроме того, скорость записи голограмм является низкой, так как она определяется, в основном, медленным процессом ориентации молекул хромофора в электрическом поле и равняется 6 с.2) the internal modulated space charge field causes adequate modulation of the orientation of the dipole chromophores and birefringence, which leads to an additional increase in Δn. In addition, the recording speed of holograms is low, since it is determined mainly by the slow process of orientation of the chromophore molecules in an electric field and is equal to 6 s.

Недостатком прототипа является ограничение фоторефрактивной чувствительности граничной длиной волны 830 нм, определяемой длинноволновой полосой оптического поглощения спектрального сенсибилизатора. Кроме того, высокие значения модуляции показателя преломления Δn обеспечиваются низкой температурой стеклования фоторефрактивного полимерного материала и соответственно высокой подвижностью НЛО молекул хромофора. Низкая температура стеклования достигается введением большой концентрации низкомолекулярного пластификатора. При этом резко ухудшаются физико-механические характеристики полимерного слоя: он становится пластичным и испытывает необратимые деформации с течением времени, кроме того, резко возрастает молекулярная подвижность в слое. Это ведет к диффузии и агломерации молекул сенсибилизатора, что существенно ухудшает стабильность фоторефрактивных характеристик слоя.The disadvantage of the prototype is the limitation of photorefractive sensitivity with a boundary wavelength of 830 nm, determined by the long-wavelength optical absorption band of the spectral sensitizer. In addition, high modulation of the refractive index Δn is ensured by the low glass transition temperature of the photorefractive polymer material and, accordingly, the high mobility of the UFOs of the chromophore molecules. A low glass transition temperature is achieved by the introduction of a high concentration of low molecular weight plasticizer. In this case, the physicomechanical characteristics of the polymer layer sharply worsen: it becomes plastic and experiences irreversible deformations over time, in addition, the molecular mobility in the layer sharply increases. This leads to diffusion and agglomeration of the sensitizer molecules, which significantly impairs the stability of the photorefractive characteristics of the layer.

Изобретение решает задачу расширения спектрального диапазона чувствительности фоторефрактивного полимерного материала в область длинных волн инфракрасного диапазона электромагнитного излучения при одновременном существенном улучшении его фоторефрактивных и физико-механических свойств и увеличения скорости записи голограмм.The invention solves the problem of expanding the spectral sensitivity range of a photorefractive polymer material in the long wavelength region of the infrared range of electromagnetic radiation while significantly improving its photorefractive and physico-mechanical properties and increasing the speed of hologram recording.

Задача решается тем, что фоторефрактивный полимерный материал содержит полимер с высокой температурой стеклования из ряда: диэлектрический полимер, например, полиметилметакрилат Дакрил-2М, Дакрил-8, Дакрил-87; Дакрил-81; Дакрил-82, Дакрил КАУ, или полупроводниковый полимер без системы сопряженных двойных связей в основной цепи, например, ароматический полиимид, на основе 9,10-бис (м-аминофенилтио)антрацена и 1,3-бис(3,4-дикарбоксифенокси)бензола и на основе 9,10-бис (м-аминофенилтио)антрацена и 2,2-бис [4-(3,4-дикарбоксифенокси)-фенил]пропана или полупроводниковый полимер с системой сопряженных двойных связей в основной цепи, например, полифениленвиниллен, поли[2-циано, 5-(2’-этил-гексилокси)парафенилен-винилен], поли[2-бутил, 5-(2’-этил-гексилокси)парафенилен-винилен] и цианиновый или скварилиевый краситель в форме J-агрегатов при следующем соотношении компонентов (мас.%): полимер 90-00,8, краситель 0,2-10.The problem is solved in that the photorefractive polymer material contains a polymer with a high glass transition temperature from the following series: dielectric polymer, for example, polymethyl methacrylate Dacryl-2M, Dacryl-8, Dacryl-87; Dacryl 81; Dacryl-82, Dacryl KAU, or a semiconductor polymer without a conjugated double bond system in the main chain, for example, aromatic polyimide based on 9,10-bis (m-aminophenylthio) anthracene and 1,3-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) benzene and based on 9,10-bis (m-aminophenylthio) anthracene and 2,2-bis [4- (3,4-dicarboxyphenoxy) phenyl] propane or a semiconductor polymer with a system of conjugated double bonds in the main chain, for example, polyphenylene vinyl , poly [2-cyano, 5- (2'-ethyl-hexyloxy) paraphenylene-vinylene], poly [2-butyl, 5- (2'-ethyl-hexyloxy) paraphenylene-vinylene] and cy an anine or squarilium dye in the form of J-aggregates in the following ratio of components (wt.%): polymer 90-00.8, dye 0.2-10.

Как известно, J-агрегаты являются нано-кристаллическими частицами, имеющими линейный размер от 5 до 100 нм и обычно формируются в водных растворах красителей [3] (J-aggregates/Ed.T.Kobayashi. - World Scientific, Singapore, 1966). Поскольку длины волн электромагнитного излучения в видимой и ближней инфракрасной областях спектра более чем на порядок превышают размеры J-агрегатов, введение последних в аморфный прозрачный полимерный слой не вызывает рассеяния света, проходящего через слой, и не ухудшает таким образом спектральные характеристики последнего.As is known, J-aggregates are nanocrystalline particles having a linear size from 5 to 100 nm and are usually formed in aqueous solutions of dyes [3] (J-aggregates / Ed.T. Kobayashi. - World Scientific, Singapore, 1966). Since the wavelengths of electromagnetic radiation in the visible and near infrared regions of the spectrum are more than an order of magnitude larger than the sizes of J-aggregates, the introduction of the latter into an amorphous transparent polymer layer does not cause the scattering of light passing through the layer, and thus does not impair the spectral characteristics of the latter.

Выбор J-агрегатов цианиновых красителей или скварилиевых красителей обусловлен следующими причинами. Цианиновые красители, например,The choice of J-aggregates of cyanine dyes or squarilium dyes is due to the following reasons. Cyanine dyes, for example,

3,3’-ди(γ-сульфопропил)-9-этил-5,5’-диметоксикарбоцианин пиридиния3,3’-di (γ-sulfopropyl) -9-ethyl-5,5’-dimethoxycarbocyanine pyridinium

3,3’-ди(γ-сульфопропил)-4,5,4’,5’-дибензо-12-метил-11,13-(β,β-диметилтриметилен)-тиадикарбоцианинбетаина триэтиламмония,3,3’-di (γ-sulfopropyl) -4,5,4 ’, 5’-dibenzo-12-methyl-11,13- (β, β-dimethyltrimethylene) -thiadicarbocyanine betaine triethylammonium,

3,3’-диэтилтиакарбоцианин триэтиламмония,3,3’-diethylthiacarbocyanine triethylammonium,

3,3’-диэтил-9-метилтиакарбоцианина триэтиламмония,Triethylammonium 3,3’-diethyl-9-methylthiacarbocyanine,

5,5’-дихлор-3,3’-диэтил-9-этилтиа-карбоцианина пиридиния,5,5’-dichloro-3,3’-diethyl-9-ethylthia-carbocyanine pyridinium,

2,4-бис(1,3,3-триметил-2-индолинилиденметил)-1,3-дитиоскварилиевый краситель,2,4-bis (1,3,3-trimethyl-2-indolinylidenemethyl) -1,3-dithiosquariilium dye,

2,4-бис(1,3,3-триметил-2-индолинилиденметил)-1,3-дитиоскварилиевый краситель,2,4-bis (1,3,3-trimethyl-2-indolinylidenemethyl) -1,3-dithiosquariilium dye,

2,4-бис(1,3,3-триметил-2-индолинилиденметил)-1,3-дифенилскварилиевый краситель имеют поглощение в зависимости от строения от синей до ближней инфракрасной области спектра. Их J-агрегаты являются нанокристаллическими частицами и поглощают электромагнитное излучение на 100-300 нм более длинноволновое, чем поглощение мономерных молекул соответствующего красителя. Таким образом, в принципе длинноволновый предел может превышать 1550 нм. Кроме того, J-агрегаты образуют центросимметричную структуру при приготовлении фоторефрактивного полимерного материала, которая обладает исключительно высокой восприимчивостью третьего порядка х⁽³⁾. Поэтому не требуется ориентация J-агрегатов в электрическом поле, являющейся необходимой операцией в прототипе, и модуляция показателя преломления Δn определяется электрооптическим эффектом Керра пропорционально Ех⁽³⁾. В результате нет необходимости использовать полимеры с низкой температурой стеклования. В настоящей работе использован разработанный ранее метод формирования J-агрегатов красителей в полимерном слое [4] (Высокомолекулярные соединения - 2000, серия А, т.42, №2, с.299), при котором полимер и краситель в подходящем жидком растворителе несколько раз постепенно нагревают до 60°С и медленно охлаждают до 20°С. В результате проведения нескольких циклов нагревание-охлаждение раствора краситель из мономолекулярной формы переходит в форму нанокристаллических J-агрегатов.The 2,4-bis (1,3,3-trimethyl-2-indolinylidenemethyl) -1,3-diphenylsquarilium dye has an absorption depending on the structure from blue to near infrared. Their J-aggregates are nanocrystalline particles and absorb electromagnetic radiation 100-300 nm longer than the absorption of monomer molecules of the corresponding dye. Thus, in principle, the long-wavelength limit may exceed 1550 nm. In addition, J-aggregates form a centrosymmetric structure in the preparation of photorefractive polymer material, which has an extremely high susceptibility of the third order x ⁽³⁾ . Therefore, the orientation of the J-aggregates in the electric field, which is a necessary operation in the prototype, is not required, and the modulation of the refractive index Δn is determined by the electro-optical Kerr effect in proportion to Ex ⁽³⁾ . As a result, there is no need to use polymers with a low glass transition temperature. In this work, we used the previously developed method for the formation of J-aggregates of dyes in the polymer layer [4] (High Molecular Compounds - 2000, Series A, v. 42, No. 2, p. 299), in which the polymer and dye are several times in a suitable liquid solvent gradually heated to 60 ° C and slowly cooled to 20 ° C. As a result of several heating-cooling cycles of the solution, the dye from the monomolecular form passes into the form of nanocrystalline J-aggregates.

Известно, что для получения фоторефрактивного эффекта необходима фотогенерация носителей заряда и их транспорт из освещенных областей в неосвещенные области фоторефрактивного материала. В прототипе фотогенератором зарядов является сенсибилизатор. В предлагаемом фоторефрактивном полимерном материале фотогенератором являются J-агрегаты, одновременно выполняющие функции НЛО хромофоров. Кроме того, взятые в больших концентрациях J-агрегаты также выполняют функции транспортных центров и поэтому в качестве полимера можно использовать полимеры-диэлектрики (например, полиметилметакрилат). При небольших концентрациях J-агрегатов перенос носителей заряда осуществляется по транспортным центрам, включенным в главную цепь макромолекулы полимера (например, полифиниленвинилен, ароматический полиимид), или связанных с ней в качестве боковых заместителей (например, поливинилкарбазол). В любом случае предлагаемый фоторефрактивный полимерный материал состоит из двух компонентов: полимерной матрицы и J-агрегатов цианинового красителя или скварилиевого красителя.It is known that to obtain a photorefractive effect, photogeneration of charge carriers and their transport from illuminated regions to unlit regions of photorefractive material are necessary. In the prototype, the charge generator is a sensitizer. In the proposed photorefractive polymer material, the J-aggregates are the photogenerator, which simultaneously perform the functions of UFO chromophores. In addition, J-aggregates taken in high concentrations also act as transport centers and, therefore, dielectric polymers (e.g. polymethylmethacrylate) can be used as a polymer. At low concentrations of J-aggregates, the transfer of charge carriers is carried out through transport centers included in the main chain of the polymer macromolecule (e.g. polyphenylene vinyl aromatic polyimide), or associated with it as side substituents (e.g. polyvinylcarbazole). In any case, the proposed photorefractive polymer material consists of two components: a polymer matrix and J-aggregates of a cyanine dye or squarilium dye.

Пример 1. Фоторефрактивный полимерный материал получают путем растворения в хлороформе ароматического полиимида на основе 4-аминотрифениламина и 3,4,3’,4’-тетракарбодифенилоксида (температура стеклования ~230°С) и тиакарбоцианинового красителя 3,3’-ди(γ-сульфопропил)-9-этил-5,5’-диметоксикарбоцианин пиридиния при соотношении компонентов, мас.%:Example 1. A photorefractive polymeric material is obtained by dissolving in chloroform an aromatic polyimide based on 4-aminotriphenylamine and 3,4,3 ', 4'-tetracarbodiphenyl oxide (glass transition temperature ~ 230 ° C) and thiacarbocyanine dye 3,3'-di (γ- sulfopropyl) -9-ethyl-5,5'-dimethoxycarbocyanine pyridinium in the ratio of components, wt.%:

Полимер 99,8Polymer 99.8

Краситель 0,2Dye 0.2

Приготовленную композицию после двухкратного нагревания до 60°С и охлаждения до комнатной температуры наносят на центрифуге на прозрачную электропроводящую пленку ITO (In₂O₃/SnO₂), покрывающую стеклянную подложку. После испарения растворителя на стеклянной подложке, покрытой ITO, образуется тонкий слой фоторефрактивного полимерного материала. Толщина слоя в зависимости от количества взятых компонентов составляла от 3 до 100 мкм. Затем проводят измерения фоторефрактивных голографических характеристик на голографической установке, приведенной в [5] (Высокомолекулярные соединения, - 2001, серия А, т.43, №2, с.977). Постоянная времени формирования динамической голограммы при записи решетки на длине волны 700 нм составляет 3 с, изменение показателя преломления 4,1×10^-3, коэффициент усиления лазерного луча Г=399 см^-1 в электрическом поле Е=120 В/мкм. При концентрации красителя ниже 0,2 мас.% эффективность образования J-агрегатов резко снижается и краситель остается преимущественно в мономолекулярной форме.The composition after double heating to 60 ° C and cooling to room temperature is applied in a centrifuge on a transparent electrically conductive film ITO (In ₂ O ₃ / SnO ₂ ), covering the glass substrate. After evaporation of the solvent on a glass substrate coated with ITO, a thin layer of photorefractive polymer material is formed. The layer thickness depending on the number of components taken ranged from 3 to 100 microns. Then, photorefractive holographic characteristics are measured on a holographic apparatus described in [5] (High Molecular Compounds - 2001, Series A, v. 43, No. 2, p. 977). The time constant for the formation of a dynamic hologram when recording a grating at a wavelength of 700 nm is 3 s, the refractive index changes 4.1 × 10 ^-3 , and the laser beam gain is G = 399 cm ^-1 in an electric field E = 120 V / μm. When the dye concentration is below 0.2 wt.%, The efficiency of the formation of J-aggregates decreases sharply and the dye remains mainly in a monomolecular form.

Пример 2. Фоторефрактивный полимерный материал получают путем растворения в тетрахлорэтане полифениленвинилена - поли[2-метокси, 5-(2’-этил-гексилокси)парафенилен-винилен] и цианинового красителя 3,3’-ди(γ-сульфопропил)-4,5,4’,5’-дибензо-12-метил-11,13-(β,β-диметилтриметилен)-тиадикарбоцианинбетаина триэтиламмония при соотношении компонентов, мас.%:Example 2. A photorefractive polymer material is prepared by dissolving polyphenylene-vinylene-poly [2-methoxy, 5- (2'-ethyl-hexyloxy) paraphenylene-vinylene] and cyanine dye 3,3'-di (γ-sulfopropyl) -4 in tetrachloroethane. 5,4 ', 5'-dibenzo-12-methyl-11,13- (β, β-dimethyltrimethylene) -thiadicarbocyanine betaine triethylammonium in the ratio of components, wt.%:

Полимер 99,4Polymer 99.4

Краситель 0,6Dye 0.6

и обрабатывают, как указано в пример 1. Постоянная времени формирования динамической голограммы при записи решетки на длине волны 830 нм составляет менее 20 мс, изменение показателя преломления 3,3×10-3, коэффициент усиления лазерного луча Г=318 см^-1 в электрическом поле Е=90 В/мкм.and process, as indicated in example 1. The time constant of the formation of a dynamic hologram when recording a grating at a wavelength of 830 nm is less than 20 ms, the change in refractive index is 3.3 × 10-3, the laser beam gain is G = 318 cm ^-1 in electric field E = 90 V / μm.

Пример 3. Фоторефрактивный полимерный материал получают путем растворения в тетрахлхлорэтане ароматического полиимида и 2,4-бис(1,3,3-триметил-2-индолинилиденметил)-1,3-дитиоскварилиевого красителя при соотношении компонентов, мас.%:Example 3. Photorefractive polymer material is obtained by dissolving in tetrachloroethane aromatic polyimide and 2,4-bis (1,3,3-trimethyl-2-indolinylidenemethyl) -1,3-dithiosquarylium dye in the ratio of components, wt.%:

Полимер 96Polymer 96

Краситель 4Dye 4

и обрабатывают, как указано в примере 1.and process as described in example 1.

Постоянная времени формирования динамической голограммы при записи решетки на длине волны 1064 нм короче 20 мс, изменение показателя преломления 2,6×10^-3, коэффициент усиления лазерного луча Г=24 см^-1 в электрическом поле Е=90 В/мкм.The time constant for the formation of a dynamic hologram when recording a grating at a wavelength of 1064 nm is shorter than 20 ms, the change in the refractive index is 2.6 × 10 ^-3 , the gain of the laser beam is G = 24 cm ^-1 in an electric field E = 90 V / μm.

Пример 4. Фоторефрактивный полимерный материал получают путем растворения в ацетоне полиметилметакрилата-дакрил 2М (температура стеклования ~100°С) и 3,3’-диэтилтиапентакарбоцианиниодида при соотношении компонентов, мас.%:Example 4. Photorefractive polymer material is obtained by dissolving in acetone polymethylmethacrylate-dacryl 2M (glass transition temperature ~ 100 ° C) and 3,3'-diethylthiapentacarbocyaninide in the ratio of components, wt.%:

Полимер 90Polymer 90

Краситель 10Dye 10

и обрабатывают, как указано в примере 1.and process as described in example 1.

Постоянная времени формирования динамической голограммы при записи решетки на длине волны 1550 нм 5с, изменение показателя преломления 5×10^-4, коэффициент усиления лазерного луча Г=220 см^-1 в электрическом поле Е=90 В/мкм. При концентрации красителя выше 10 мас.% J-агрегаты объединяются в более крупные образования, которые рассевают когерентное излучение лазера, в результате чего наблюдается резкое падение фоторефрактивных характеристик.The time constant of the formation of a dynamic hologram when recording a grating at a wavelength of 1550 nm for 5 s, a change in the refractive index of 5 × 10 ^-4 , the gain of the laser beam G = 220 cm ^-1 in an electric field E = 90 V / μm. When the dye concentration is above 10 wt.%, J-aggregates are combined into larger formations that scatter coherent laser radiation, resulting in a sharp drop in photorefractive characteristics.

Таким образом, разработанный фоторефрактивный полимерный материал обладает сочетанием большого коэффициента усиления лазерных лучей в инфракрасной зоне спектра от 700 до 1550 нм с высокой скоростью записи динамических голограмм, хорошими фоторефрактивными и физико-механическими свойствами.Thus, the developed photorefractive polymer material has a combination of a large gain of laser beams in the infrared region of the spectrum from 700 to 1550 nm with a high recording speed of dynamic holograms, good photorefractive and physico-mechanical properties.

Claims (1)

Фоторефрактивный полимерный материал, выполненный на основе композиции, включающей полимер, сенсибилизатор и нелинейный оптический хромофор, отличающийся тем, что используют полимер с высокой температурой стеклования, выбранный из ряда: диэлектрический полимер, полупроводниковый полимер без системы сопряженных двойных связей в основной цепи или полупроводниковый полимер с системой сопряженных двойных связей в основной цепи, а в качестве сенсибилизатора и нелинейного оптического хромофора используют цианиновый или скварилиевый краситель в форме J-агрегатов при соотношении компонентов, мас.%:A photorefractive polymer material made on the basis of a composition comprising a polymer, a sensitizer and a nonlinear optical chromophore, characterized in that a polymer with a high glass transition temperature is used, selected from: dielectric polymer, a semiconductor polymer without a conjugated double bond system in the main circuit, or a semiconductor polymer with a system of conjugated double bonds in the main chain, and as a sensitizer and nonlinear optical chromophore use cyanine or squarilium edge a carrier in the form of J-aggregates with a ratio of components, wt.%: Полимер 90,0-99,8Polymer 90.0-99.8 Краситель 0,20-10,0Dye 0.20-10.0