Исследование кинетики молекулярных процессов методами фототермической спектроскопии и нестационарной голографии

• Автор: Русинов, Александр Петрович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Оренбург
• Количество страниц: 161 с. : ил.

Глава 1. Мониторинг молекулярных процессов в конденсированных системах

1.1. Обзор развития фототермической спектроскопии, как перспективного метода интроскопии

1.2. Применение фототермических методов

1.3. Особенности формирования фототермического отклика

1.4. Применение голографических методов к исследованию молекулярных процессов

Глава 2. Методика и техника эксперимента

2.1. Используемая приборная база

2.2. Триплет-триплетное поглощение и фототермические методы

2.3. Голографические методы

2.4. Подготовка экспериментальных образцов

Глава 3. Оптическая запись нестационарных пространственных структур в системе насыщаемых трехуровневых центров
3.1. Кинетика населенностей
3.2. Эволюция неоднородного теплового поля
3.3. Дифракция зондирующего луча на тепловой структуре
3.4. Динамика сигналов фототермического отклика в реальных образцах
3.5. Заключение и выводы
Глава 4. Запись нестационарных решеток в системе насыщаемых трехуровневых центров
4.1. Кинетика населенностей
4.2. Динамика теплового поля
4.3. Голографирование светового поля на амплитудной концентрационной решетке
4.4. Голографирование светового поля на фазовой тепловой решетке
4.5. Заключение и выводы
Глава 5. Влияние некоторых нелинейных процессов на дифракционные сигналы
5.1. Запись толстослойных голографических решеток в насыщаемой трехуровневой системе
5.2. Влияние нелинейной теплопроводности на динамику тепловых полей и сигналы дифракционного отклика
Основные результаты и выводы
Список литературы
Актуальность исследований
Исследование молекулярных процессов в конденсированных системах представляет собой важнейшую научную задачу. В связи с этим исследователями постоянно ведется разработка новых и усовершенствование существующих методов мониторинга молекулярных процессов. При этом важнейшими характеристиками методов являются высокая чувствительность и бес-контактность проводимых измерений, применимость к широкому кругу объектов, и возможность регистрировать характеристики исследуемых процессов в реальном масштабе времени. По нашему мнению, для целей детектирования молекулярных процессов в конденсированных системах, инициированных пространственно неоднородным излучением накачки, и в особенности для регистрации не только временных, но и пространственных характеристик исследуемых процессов, наиболее оптимально подходят методы фо-тотермической спектроскопии и нестационарной голографии. Они основаны на регистрации дифракции зондирующего пучка, проходящего через область инициирования. При осесимметричном профиле пучка накачки говорят о фо-тотермических методах, при решетчатом одномерном профиле - о голографических методах. Предложенные методы являются кинетическими, как и метод наведенного триплет-триплетного (ТгТп) поглощения. Но в отличие от него наблюдаемый сигнал отклика в фототермических и голографических методах зависит не от усредненных по сечению пробного луча характеристик инициированной структуры, а от их пространственного распределения. То же самое справедливо и для кинетических люминесцентных методов, применимость которых к тому же ограничена рядом люминесцирующих объектов.
Однако, в первую очередь, в связи со слабой разработанностью вопроса, необходимо было создать теоретическую модель, описывающую взаимодействие излучения с веществом матрицы на основе микроскопического рас-

А ф = к'^ьТ{г1У<Ь. (2.3)

При условии, что образец достаточно тонкий, и температурное поле по толщине можно считать неизменным, выражение (2.3) упрощается $71
Аф- к АТ(Г) ■ I, где I - толщина образца.

На регистрации разности фаз основан фазовый (интерфереционный) метод фототермической спектроскопии.
Термодефлекционный метод (метод «миража») основан на регистрации угла отклонения пробного луча, прошедшего область прогрева. Так как в переменном поле показателя преломления радиус кривизны пробного светового пучка определяется соотношением 1 _ 1 дп(Т) _ 1 дп дТ(г)
Я п0 дг п0 ВТ дг
(2.4)
то угол отклонения луча йа при прохождении участка пути сЬ найдется

йэ дп дТ(г) 1 дп
(1а= — = ——= — —.(ут(г))ч&. (2.5)
К п0 61 дг п0 дТ
И интегрируя по всей толщине образца, получаем полный угол отклоне-

а = -~*|(У1Г(г))&. (2.6)
п0 дТ $
Вследствие того, что пробный луч имеет некоторый поперечный размер, разные его участки отклоняются на разные углы, и пробный луч при прохождении области прогрева испытывает фокусировку или дефокусировку в зависимости от знака термооптического градиента. Данный механизм проявляет себя наиболее сильно при соосном расположении луча накачки и пробного луча. Найдем для данного случая фокусное расстояние наведенной тепловой линзы. Для этого рассмотрим два участка пробного луча на расстояниях г, и