CC BY
63
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНКАХ С ЛЮМИНОФОРАМИ, С НАНОЧАСТИЦАМИ ЖЕЛЕЗА
Александр Викторович Бритвин
Институт лазерной физики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, младший научный сотрудник, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Андрей Борисович Поллер
Институт лазерной физики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Борис Викторович Поллер
Институт лазерной физики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, доктор технических наук, профессор, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Анна Евгеньевна Кусакина
Новосибирский государственный технический университет, ЗАО «СКБ», 630092, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, д. 20, магистр, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Полимерные пленки, содержащие люминофор, могут быть применены в различного рода приемных системах и датчиках. В статье рассматриваются некоторые характеристики преобразования оптического сигнала в полимерных пленках с добавками люминофора. Также рассматривается возможность управления выходным излучением за счет воздействия магнитного поля.
Ключевые слова: полимерные пленки, люминофор.
CHARACTERISTICS OF THE TRANSFORMATION OF OPTICAL SIGNALS IN POLYMER FILMS WITH PHOSPHORS WITH NANO PARTICLES OF IRON
Alexander V. Britvin
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, younger research associate, ph. 330-7120, e-mail: [email protected]
Andrey B. Poller
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, ph. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Boris V. Poller
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, Doctor of Engineering., professor, ph. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Anna E. Kusakina
Novosibirkky state technical university, JSC SKB, 630092, Novosibirsk, Charles Marx Ave., 20, master, ph. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Polymer film containing phosphor can be applied in various types of reception systems and sensors. This article discusses some of the characteristics of the optical signal transformation in polymer films with additives of phosphor. Also addresses the ability to control the output radiation by magnetic fields.
Key words: polymer film, phosphor.
Ранее в работах [1-3] исследовались временные и энергетические характеристики полимерных пленок с люминофорами.
В настоящее время представляет интерес количественная оценка характеристик затухания излучения люминесценции и преобразование его спектра при распространении излучения в прямоугольных полимерных пленках.
Как известно [4] затухание излучения в материале оптического волновода описывается законом Бугера.
Рвых Арвх exp(-a- L) (1)
где a - коэффициент ослабления; Рвх и Рвых - входная и выходная мощности.
Для проверки применимости этого закона и получения экспериментальных оценок затухания была разработана схема измерений, представленная на рис. 1.
УФСД
L
--------------------------------------------------=»
Рис. 1. Схема измерений, УФСД - ультрафиолетовый светодиода, ИМ -измеритель мощности, ПЛ - пленка с люминофором
В соответствии с этой схемой были выполнены измерения зависимости Рвых от длины L для 12 видов пленок, длиной от 10 до 80 мм и толщиной от 0,08 до 0,15 мм.
Так для плёнки из ПММА с добавлением люминофора РОРОР такая зависимость представлена на рис. 2. Для пленки длиной 9 мм зависимость представлена на рис. 3.
Для оценки характеристик а в формуле (1) была выполнена интерполяция экспериментальной кривой с помощью подбора величины а и оценки минимума среднеквадратичного отклонения между экспериментальной и расчетной зависимостью.
Рис. 2. характеристики зависимости Рвых от 1 для пленки из ПММА с добавлением люминофора РОРОР
Рис. 3. Характеристики зависимости Рвых от 1 для пленки из акрилового полимера с добавлением люминофора РОРОР
Так для ПММА (рис. 2) коэффициент а составляет 0,02, а среднеквадратическое отклонение не более 6,2%, для акрилового полимера (рис. 3) коэффициент а близок к 0,23, а среднеквадратическое отклонение не более 3,05%.
Были исследованы пленки, содержащие различные люминофоры. Эксперименты показали, что в пленках, содержащих люминофор Родамин 6g, затухание сигнала происходит значительно сильнее, чем в пленках, содержащих РОРОР.
Замена измерителя мощности на спектрометр показало, что с удалением области засветки от торца волновода у пленки с люминофором изменяется спектр сигнала на торце волновода. Это может быть объяснено наличием поглощения в коротковолновой области переизлучаемого спектра. На рис. 4 представлены спектры поглощения люминофорами и спектральные распределения мощности принимаемого сигнала на торцах планарных приемников с люминофором Родамин 6g и РОРОР.
I
А
Н
О
0 и
ш
1
а)
Поглощение Rhodamin 6G / Л 0 мм А / \ 3 мм /\ 1 .Л с. „w
ß Ні / ¡ПІ! / Hilf- д и мм 12 мм 33 мм 42 мм
-Л А
у Щ/ Ш
о'
500
12
-9
-6
550 600 650
Длина волны, нм
'S4 о * >4
Ч О % .1,5 п V
и
Т ё
О ° і
X
<а Е о о
И и я Н"
н о
о Е о С ^ 0,5
700
Пс Г* )ГЛОЩЄ1 яие PC )POP 0 мм
6 MM 15 мм 30 мм
II II V* її ijfl 7,1 IW 1 Ч( 45 мм
!Ь шЛ //1 л» • і; № •j 0
б)
350 400 450 500 550 600
0 Длина волны, нм
X
О
*
Л
§
я
т
о
U
S
и
<ц
В
о
в
о
С
Рис. 4 - Спектральное распределение мощности принимаемого сигнала (нормированный по верхней границе спектра) с торца планарного приемника с
люминофором: а) Родамин 6g; б) РОРОР
Как видно из рис. 4 спектры поглощения люминофора Родамин 6g (рис. 4а) и спектры люминесценции значительно пересекаются по сравнению с РОРОР (рис. 4б), что приводит к значительному изменению спектрального состава выходного излучения.
Управление пленочными приемниками возможно за счет отклонения свободного конца пленки от начального положения, что изменяет степень поступления сигнала, выходящего с торца пленки на близ расположенные элементы.
Для оценки возможности управления параметрами выходного оптического излучения из торца пленки был выполнен эксперимент по влиянию постоянного магнитного поля на частицы железа размером менее 400 нм размещенных в пленке из поливинилового спирта толщиной 100 мкм. Концентрация кластеров из таких частиц составляет около 1 шт/мм .
Величина отклонения торца пленки длиной 40 мм и шириной 10 мм при приближении постоянного магнита с потоком около 10 мТл представлена на Рис.5. Магнитный поток пленки приводит к ее максимальному отклонению на 10% от ее длины.
Рис. 5. График зависимости амплитуды отклонения пленки при приближении
магнита
По результатам исследований можно сделать следующие выводы:
Ослабление излучения люминесценции в полимерных пленках достаточно хорошо описывается законом Бугера;
Для увеличения оптимальной длинны планарного приемника, необходим подбор люминофора с минимальным перекрытием спектра поглощения и люминесценции. Также необходим подбор характеристик пропускания полимерной матрицы.
Применение магнитных наночастиц позволяет осуществлять управление сигналом за счет отклонения свободного конца волновода под действием магнитного поля. Это позволяет применять данный вид пленок в различных сенсорных системах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Голубенков А.А., Плюснин В.Ф., Поллер Б.В. приемники УФ излучения на основе раствора люминофора в пленке. В сб. докл. VII МНТК «Радиолокация. Навигация. Связь», изд. ВГУ т. 2 стр. 1262 - 1269, Воронеж 2001.
2. Б.В.Поллер, Ю.Д.Коломников, Д.Е.Трушенко. ИЛФ СО РАН, Новосибирск, Международный научный конгресс «Гео - Сибирь - 2006, Исследование планарных полимерных антенн с люминофорами для лазерных информационных систем.
3. Волоконно-оптические датчики. В. И. Бусурин, Ю. Р. Носов. Москва энергоатомиздат, 1990 год. Стр 21
4. А.Б. Поллер, Б.В. Поллер, А.Е. Кусакина О распространении и накоплении света в
слоях люминофоров длительного послесвечения. ГЕО-Сибирь - 2011. Т.5.
Специализированное приборостроение, метрологи я, теплофизика, микро техника, нано технологии. Ч. 2.: сб. матер. VII Междунар. Научн. Конгресса «ГЕО-Сибирь - 2011», 19-29 апреля 2011 г. Новосибирск.- Новосибирск: СГГА, 2011 с. 69 - 74.
© А.В. Бритвин, А.Б. Поллер, Б.В. Поллер, А.Е. Кусаткина, 2012
