Анотація до роботи:

Якунін С.В. Нелінійно-оптичний відгук системи рідкий кристал з домішкою органічного барвника. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 – оптика, лазерна фізика. – Інститут фізики НАН України. – Київ, 2006.

У дисертації представлено результати комплексного дослідження нелінійно-оптичних (НЛО) та спектральних властивостей системи, що складається з матриці РК 4н–пентил–4–ціанобіфенілу (5ЦБ) та домішки антрахінонового (АХ) барвника. В якості методів дослідження в роботі використано: фотоіндуковані зміни показника заломлення та коефіцієнта поглинання при самовпливі лазерного випромінювання в середовищі, спектроскопію поглинання у видимій та ІЧ області, генерацію третьої гармоніки, спектроскопію фотолюмінісценції (ФЛ).

В роботі вперше спостережено смугу ФЛ на 720 нм з часом висвічення близьким до 3 мс та досліджено структуру її спектру збудження. Ця смуга з’являється в результаті гасіння ФЛ молекул матриці при додаванні домішки АХ барвника.

Встановлено, що залежність дійсної та уявної частини кубічної НЛО сприйнятливості c⁽³⁾ системи РК з домішкою АХ барвника від концентрації барвника c_w при збудженні імпульсами пікосекундного діапазону в області прозорості системи (l=532 нм) має квадратичний характер Re(c⁽³⁾)~c_w² та Im(c⁽³⁾)~c_w^{2, що пояснюється кооперативним ефектом відгуку підсистеми барвника.}

Показано, що концентраційна залежність дійсної частини c⁽³⁾ системи гомеотропно–орієнтованого РК з АХ від концентрації АХ при резонансному збудженні молекул АХ випромінюванням He-Ne має кубічний характер Re(c⁽³⁾)~c_w³_{, що пояснюється відгуком взаємодіючих між собою молекул барвника.}

Виявлено ефект інверсії знаку кубічної НЛО сприйнятливості в планарно–орієнтованій комірці з домішкою АХ при зміні кута між директором в РК та поляризацією лазерного випромінювання від 90⁰ до 0⁰. Передбачається, що цей кут ~50⁰ відповідає напрямку осі орієнтації агрегатів молекул барвника відносно директора в РК.

В результаті виконання в рамках дисертаційної роботи циклу експериментальних досліджень встановлено основні НЛО та спектральні властивості системи РК з домішкою АХ барвника, зокрема:

1. Вперше виміряно залежність дійсної та уявної частини кубічної НЛО сприйнятливості c⁽³⁾ системи гомеотропоно-орієнтованого РК з домішкою АХ барвника від концентрації барвника при збудженні імпульсами пікосекундного діапазону в області прозорості системи (l=532 нм). Визначено, що концентраційна залежність для дійсної та уявної частини c⁽³⁾ має квадратичний характер. Нелінійний характер залежності пояснений кооперативним ефектом відгуку підсистеми барвника. Показано, що ефекти самовпливу лазерного випромінювання при малих рівнях збудження (до 20 МВт/см²) на довжині хвилі 532 нм більш чутливі до кооперативних ефектів підсистеми барвника у порівнянні з процесом ГТГ при високому рівні збудження на 1064 нм.

2. Отримано концентраційну залежність фотоіндукованої зміни показника заломлення системи гомеотропоно-орієнтованого РК з домішкою АХ від концентрації АХ при її резонансному збудженні випромінюванням He-Ne лазера. Встановлено, що залежність має кубічний характер, який пояснюється відгуком взаємодіючих між собою молекул барвника.

3. Виявлено ефект інверсії знаку кубічної НЛО сприйнятливості при неперервному резонансному збудженні (l=633 нм) в планарно-орієнтованій комірці з домішкою АХ при зміні кута між напрямом директора в РК та поляризацією лазерного випромінювання. Показано, що кут, при якому НЛО відгук змінює знак, відповідає напрямку осі орієнтації агрегатів молекул барвника відносно директора в РК.

4. Виявлено та досліджено параметри ФЛ смуги на 720 нм з часом висвічення близьким до 3 мс, яка виникає внаслідок гасіння ФЛ молекул матриці при додаванні домішки антрахінонового барвника (АХ). Отримані результати відображають ефективну взаємодію між молекулами при передачі енергії збудження від матриці РК до домішки.

5. Експериментально досліджено ефекти самовпливу фемтосекундних лазерних імпульсів в системі РК 5ЦБ з домішкою АХ барвника. Встановлено, що при додаванні домішки АХ ефективний коефіцієнт двофотонного поглинання зменшується, а коефіцієнт НЛО рефракції – збільшується, що пояснюється ефективним переносом збудження з молекул матриці до молекул домішки.

Публікації автора:

1. Gayvoronsky V.Ya., Yakunin S.V., Pergamenshchik V.M., and Nazarenko V.G. Sign inversion of the optical torque on the nematic director enhanced by anthraquinone dye dopants stable to the light action // Laser Phys. Lett. - 2006. - Vol. 3. - P. 531-535.

2. Gayvoronsky V., Yakunin S., Pergamenshchik V., Nazarenko V., Palewska K., Sworakowski J., Podhorodecki A., Misiewicz J. Photoluminescence of nematic liquid crystal doped with anthraquinone dye. // Ukr. J. Phys. Opt. - 2006. - Vol.7. - P. 116-123.

3. Pergamenshchik V.M., Gayvoronsky V.Ya. Yakunin S.V., Vasyuta R.M., Nazarenko V.G. Lavrentovich O.D. Hypothesis of Dye Aggregation in a Nematic Liquid Crystal: From Experiment to a Model of the Enhanced Light-Director Interaction // Mol. Cryst. Liq. Cryst. - 2006. - Vol.454. - P. 145-156.

4. Gayvoronsky V., Yakunin S., Enikeeva V., Ozheredov I., Shkurinov A. Selfaction effects of femtosecond laser pulses in dye-doped 5CB liquid crystal // Laser Phys. Lett. - 2006. - Vol.3. - P. 357-361.

5. Gayvoronsky V., Yakunin S., Nazarenko V., Starkov V., and Brodyn M. Techniques to Characterize the Nonlinear Optical Response of Doped Nematic Liquid Crystals // Mol. Cryst. Liq. Cryst. - 2005. - Vol.426. - P. 231-241.

6. Gayvoronsky V., Shepelyavyi E., Yakunin S., Brodyn M., Grinko D., Kachkovsky O., Kudinova M., Tolmachev A., and Slominsky Yu. Nonlinear Optical Properties of Substituted Pyridostyryl Dye Base Films // Proc. SPIE. - 2005. - Vol.5257. - P. 171-178.

7. Gayvoronsky V., Yakunin S., Pergamenschik V., Garashchenko V., Nazarenko V. Nonlinear optical response of liquid crystal doped with anthraquinone dyes // Abstr. 6^th Int. Conf. Electron. Proc. Organ. Mat. (ICEPOM-6). - Gurzuf (Crimea, Ukraine). - 2006. - P. 86-87.

8. Gayvoronsky V., Yakunin S., Palewska K., Sworakowski J., Podhorodecki A., Misiewicz J., Kovalev D. Intermolecular interaction in dye-doped nematic liquid crystal studied with photoluminescent response // Abstr. 6^th Int. Conf. Electron. Proc. Organ. Mat. (ICEPOM-6). - Gurzuf (Crimea, Ukraine). - 2006. - P. 98-99.

9. Gayvoronsky V., Yakunin S., Miniewicz A. Transient photoinduced refractive index variations in dye-doped nematic liquid crystal cells // Abstr. 6^th Int. Conf. Electron. Proc. Organ. Mat. (ICEPOM-6). - Gurzuf (Crimea, Ukraine). - 2006. - P. 97-98.

10. Pergamenshchik V., Nazarenko V., Gayvoronsky V., Yakunin S., Uzunova V., Vasjuta R., Lavrentovich O. Aggregation of dye molecules behind the enhanced light-induced director reorientation in a nematic liquid crystal: Experiment and theory // 21st Int. Liquid Crystal Conference. - Keystone, (Colorado, USA). - 2006. - P. 255.

11. Pergamenshchik V., Nazarenko V., Gayvoronsky V., Jakunin S. and Vasyuta R. The Model of Enhanced Light–Induced Director Reorientation Based on the Hypothesis of Dye Aggregation in a Nematic Liquid Crystal // Book of abstr. 11^th Int. Topical Meeting on Optics of Liquid Crystals. - Sand Key (Florida, USA). - 2005. - P. 158.

12. Борщ А.А., Бродин М.С., Гайворонский В.Я., Старков В.Н., Якунин С.В. Математическая интерпретация результатов экспериментальных исследований в лазерной физике // Праці міжнародної конференції "Питання оптимізації обчисленнь" - Київ. - 2005. - C. 44-45.

13. Yakunin S., Gayvoronsky V., Nazarenko V., Vasyuta R., and Starkov V. Nonlinear Optical Response Under CW and Picosecond Pulsed Excitation of Nematic Liquid Crystal Doped with Anthraquinone Dye // Techn. Digest Int. Conf. on Coherent and Nonlinear Optics ICONO/LAT. - St. Petersburg (Russia). - 2005. - IFM11.

14. Yakunin S., Gayvoronsky V., Nazarenko V., Vasyuta R., Starkov V. and Brodyn M. Efficiency of different techniques for characterization of NLO response in LC doped with organic dye system // Abstr. 10^th Int. Conf. Nonlinear Optics of Liquid and Photorefractive Crystals (NOLPC2004). - Alushta (Crimea, Ukraine). - 2004. - P. 51.

15. Yakunin S., Gayvoronsky V., Nazarenko V., and Brodyn M. Nonlinear Optical Response of Doped Nematic Liquid Crystal within Femto- and Picosecond Laser Pulses Excitation // Abstr. 5^th Int. Conf. Electron. Proc. Organ. Mat. (ICEPOM-5). - Kiev (Ukraine). - 2004. - P. 151.

16. Yakunin S., Gayvoronsky V., Vasyuta R., and Nazarenko V. Ultrafast Nonlinear Optical Response of Nematic Liquid Crystal Doped with Organic Dye // Abstr. 4^th Young Sci. Conf. in Problems of Optics and High Technology Material Science (SPO 2003). - Kiev (Ukraine). - 2003. - P. 77.

17. Yakunin S., Gayvoronsky V., Vasyuta R., Nazarenko V. Experimental Technique for the c⁽³⁾ Measurement of Organic Dye in Nematic Liquid Crystal System // Proc. XVI Int. School-Seminar Spectr. Mol. & Cryst (ISSSMC). - Sevastopol (Crimea, Ukraine). - 2003. - P. 284.