CC BY
13ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, Серия А, 2005, том 47, № 6, с. 961-969
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА
УДК 541(64+14):539.2
ГЕНЕРАЦИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПОЛИМЕРНЫХ ХОЛЕСТЕРИЧЕСКИХ СЕТКАХ1
© 2005 г. П. В. Шибаев*, Н. И. Бойко**, А. Ю. Бобровский**, В. П. Шибаев**
*Department of Physics, Fordham University, USA Rose Hill, Bronx, New York, 10458 **Московский государственный университет им. M.B. Ломоносова.
Химический факультет 119992 Москва, Ленинские горы Поступила в редакцию 31.05.2004 г.
Принята в печать 09.12.2004 г.
Осуществлен синтез новых гребнеобразных полимерных ЖК-сеток, содержащих небольшие добавки лазерного красителя - пирометена. Методом фотоинициированной полимеризации ЖК-смеси, содержащей нематический, хиральный и бифункциональный акрилаты, в присутствии лазерного красителя получены ориентированные холестерические сетки с планарной текстурой. Показано, что холестерические монодоменные сетки можно рассматривать как фотонные структуры с запрещенными зонами, что позволяет использовать их в качестве генераторов лазерного излучения при накачке внешним лазером. Обнаружено появление узких пиков лазерной эмиссии на краю полосы селективного отражения (575 нм). Исследовано влияние структуры и толщины таких полимерных пленок, а также интенсивности накачки на оптические свойства и характеристики лазерной генерации. Полученные полимерные холестерические сетки перспективны для использования в качестве оптических материалов.
Холестерические жидкие кристаллы и холестерические ЖК-полимеры уже давно привлекают внимание исследователей благодаря их уникальным оптическим свойствам, таким как циркулярная поляризация и селективное отражение света, гигантская оптическая активность, способность к изменению окраски под действием электрического поля и механических напряжений и т.п. [1-3]. В последнее время особый интерес к этим соединениям стимулируется широкими поисками одномерных, двумерных и трехмерных фотонных кристаллов с запрещенной зоной, которые могли бы быть использованы в качестве генераторов лазерного излучения, для управления пропусканием и детектированием световых потоков, а также для создания новых типов оптических материалов для информационной техники и систем телекоммуникаций [4-6].
С начала 90-х годов в результате экспериментальных и теоретических исследований было по-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 05-03-33193) и фанта CRDF (RC2-539).
E-mail: [email protected] (Шибаев Валерий Петрович).
казано, что в диэлектриках могут существовать периодические структуры с запрещенной зоной для всех поляризаций и направлений распространения света внутри определенного интервала частот [7, 8]. С тех пор было обнаружено и исследовано множество фотонных кристаллов и других объектов, имеющих структуру с запрещенными зонами [6,9]; трехмерные и двумерные фотонные кристаллы с запрещенной зоной уже нашли ряд интересных применений [6,10, 11].
В то же время наибольший интерес представляют собой одномерные фотонные кристаллы с запрещенной зоной, поскольку в этом случае рассеяние излучения наблюдается только в направлении одной оси. Получение таких материалов, характеризующихся периодическим изменением показателя преломления вдоль одного направления, осуществляют различными способами, и теория распространения света в таких системах хорошо разработана [12, 13]. Типичная одномерная структура фотонных кристаллов с запрещенной зоной может быть представлена в виде многослойной стопы чередующихся диэлектрических слоев с высокой и низкой диэлектрической про-
(б)
Рис. 1. Схематическое изображение расположения молекул в холестерической мезофазе (а) и направление расположения директора в спиральной структуре (б). Р - шаг спирали; направление директора п показано стрелкой; хираль-ные фрагменты выделены черным цветом.
ницаемостью. Получение таких сложноорганизо-ванных слоевых структур нанометрового размера представляет собой значительные трудности, а дополнительное допирование их красителями с целью создания лазерных материалов с сохранением одномерной структуры значительно усложняет и удорожает процесс их конструирования.
В то же время одномерная структура этого типа легко образуется холестерическими жидкими кристаллами, являющимися по существу самоорганизованными фотонными кристаллами с запрещенной зоной, спиральная супрамолекулярная структура которых изображена на рис. 1. Как видно, регулярные повороты директора от слоя к слою приводят к формированию периодической спиральной структуры, характеризующейся шагом спирали Р и обладающей свойством селективного отражения света (А,тах), в соответствии с
простым соотношением А,тах = пР (планарная текстура), где п - средний показатель преломления холестерика. Использование таких систем для генерации лазерного излучения основано на введении малых добавок лазерных красителей, которые под действием внешней лазерной накачки ("внешнего" лазера) сами начинают генерировать лазерное излучение. Эта эмиссия наблюдается в направлении, перпендикулярном плоскости
пленки, в области длины волн, соответствующих "краю" фотонной запрещенной зоны, т.е. на "границе" полосы селективного отражения Хтлх (или пропускания).
Впервые данное явление было обнаружено и изучено в совместных исследованиях американских ученых из Queens College and Chiral Photonics Ltd (USA) на примере жидких кристаллов холес-терического типа, содержащих в качестве допан-та лазерный краситель [14-16]. Результаты этих работ наглядно продемонстрировали, что генерация лазерного излучения возможна лишь для пла-нарно-ориентированных образцов высокой степени совершенства и "гомогенности" (однородности) их текстуры. Однако одним из главных недостатков низкомолекулярных ЖК-систем является агрегатное состояние холестерической ме-зофазы, представляющей собой вязкую жидкость, что, несмотря на достаточно низкое пороговое напряжение лазерной генерации (103 Вт/мм2), затрудняет практическое использование таких систем.
Значительно большие возможности могли бы быть реализованы для полимерных холестериче-ских систем; это позволило бы получать такие полимеры в виде легких гибких (или жестких) пленок, волокон или листовых (плоских и цилиндрических) образцов. Такие материалы могли бы в будущем составить серьезную конкуренцию "тяжелым" и "громоздким" органическим лазерам на красителях. Как известно, типичный лазер на красителе состоит из нескольких частей, включающих зеркала, призмы, двулучепрелом-ляющие пластины, а также резервуар с активным рабочим веществом. Все эти элементы должны быть определенным образом размещены и собраны в виде единого устройства, которое не всегда удается сделать компактным и легким.
В полимерных холестерических лазерах излучающий элемент (эмиттер) может находиться непосредственно в полимерной пленке, которая одновременно будет служить матрицей для реализации обратной связи (как это имеет место в большинстве лазеров), что полностью исключает наличие указанных составных элементов и их определенного размещения. Большим преимуществом таких лазеров является возможность получения пленок большого размера, которые могли бы обладать достаточно высокой стабильностью.
Несмотря на то, что первые работы по изучению генерации лазерного излучения в олестери-ческих системах были сделаны на низкомолекулярных жидких кристаллах в 1998-1999 гг. [15-18], последующие исследования продемонстрировали существенный интерес к полимерам, формирующим холестерические мезофазы. Тем не менее число публикаций в этом направлении весьма невелико, хотя интерес к указанным соединениям будет безусловно расти, что связано с их преимуществами. Среди подобного рода полимерных хо-лестерических систем известны термотропные [19-23] и лиотропные [24] холестерики, полимерные холестерические эластомеры [25] и жидкокристаллические блок-сополимеры [26].
Продолжая исследования в этой новой области холестерических полимеров, начатые в работах [19-21] некоторыми из нас, мы сконцентрировали наше внимание на создании и изучении холестерических сеток, образующихся путем фотополимеризации мономерных смесей с внедренным лазерным красителем.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Материалы Для получения холестерических сеток были использованы следующие соединения. В качестве нематогенного компонента синтезировали акриловый эфир (согласно работе [27]) 4'-метоксифе-нил(5-акрилоилоксипентанолокси)бензоат
СН2=СН
СОО(СН2)4СОО—0СН3
Фазовые переходы: (33 АО2 К 70 /
В качестве хирального компонента использовали холестерилакрилат (7^ = 125°С), синтез которого был описан ранее согласно работе [28]
СН2=СН
I
соо-сш
И наконец, в качестве сшивающего агента применяли бифункциональный мономер 3,1,4-ди(4-(6-акрилоилоксигексилокси)бензоилокси)( 1,4-гек-силбензоил)бензол (диакрилат):
СН2=СН СН=СН2
СОО(СН2)бО —^— СОО —^— РОС —^— Р(СН2)бООС
Фазовые переходы: К 108 N 155 /
Типичные мономерные смеси, используемые для сополимеризации, состояли из указанных выше компонентов, взятых приблизительно в соотношении 18 : (35^40): (35—40) мол. % соответственно. Кроме того, в некоторых случаях для регулирования скорости полимеризации использовали бензофенон (около 2 мол. %). Лазерным красителем служил пирометен 597 (Ехскоп), поглощающий при 526 нм и имеющий эмиссию при 575 нм в его растворах в толуоле.
Все указанные выше мономеры растворяли в толуоле, куда добавляли растворы бензофенона и пирометена в том же растворителе. Заметим, что концентрация красителя в растворе не превышала 0.2-0.8 мол. %, чтобы предотвратить его возможную агрегацию. Растворы смеси помещали на предварительно натертую стеклянную подложку с полиимидным покрытием. После медленного испарения растворителя образующийся тонкий слой холестерической смеси покрывали
второй стеклянной пластиной, получая сандвиче-вую ячейку, которую по краям "заплавляли" гер-метиком. Толщину ячейки варьировали в широких пределах (15-150 мкм) с помощью калиброванных прокладок или стеклянных шариков. Перед полимеризацией все ячейки отжигали при 100-120°С (в зависимости от состава исходной смеси) в течение 2-3 ч и медленно (несколько часов) охлаждали до комнатной температуры.
Полимеризацию холестерической смеси внутри ячеек инициировали с помощью УФ-лампы (к = 350 нм), освещая образец с одной стороны.
Кроме перечисленных мономерных соединений для сравнения готовили холестерические смеси, используя низкомолекулярный жидкий кристалл - пентилцианобифенил и хиральный до-пант ЦБ-15 ("Merck") (смесь 1).
Скобки соответствуют монотропной нематической мезо-фазе.
Рис. 2. Схематическое изображение лазера с обратной связью:
1,2- зеркала для пропускания генерируемого излучения (последнее - полупрозрачное); 3 - рабочее вещество (активная среда); 4 - направление луча накачки (от внешнего лазера); 5 - генерируемое лазерное излучение и его выход через зеркало 2; 6 - призма; 7 - полуволновая пластина.
Фотооптические измерения
Для возбуждения лазерного красителя (вблизи максимума полосы поглощения) использовали Nd-YAG-лазер (к = 531 нм) (Photonics Industries Inc). Луч лазера накачки фокусировали на образце с помощью системы линз, а излучение от образца проецировали на щель монохроматора. Продолжительность лазерного импульса составляла около 45 не. Луч лазера диаметром ~140 мкм можно было фокусировать на разные части образца. Для фокусирования лазерного луча на щель монохроматора использовали линзу 20 см. Спектрально разрешимую эмиссию и спектры селективного отражения записывали с помощью цифрового детектора, присоединенного к моно-хроматору (CVI Digikrom).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Хорошо известно, что лазер - это оптический квантовый генератор (английская аббревиатура: Light Ampflication by Stimulated Emission of Radiation), т.е. устройство, преобразующее различные виды энергии (электрическую, световую, химическую, тепловую и т.д.) в энергию когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона.
В простейшей форме обычный лазер на красителях состоит по крайней мере из трех элементов устройства, поставляющего энергию (например, оптическая или электрическая накачка) для переработки ее в когерентное излучение, активной среды, которая, поглощая эту энергию, переизлу-
чает ее в виде когерентного излучения, и устройства, осуществляющего так называемую обратную связь. Как видно из рис. 2, лазер состоит из двух зеркал 1 и 2, между которыми помещают активное рабочее вещество 3 (газ, жидкость, твердое тело). В процессе накачки от внешнего источника 4 излученные волны 5, проходя через призму 6 и полуволновую пластину 7, отражаются от зеркал и вновь возвращаются в активное вещество, вызывая индуцированные переходы, что сопровождается эмиссией фотонов. Одно из зеркал 2 делают полупрозрачным для выхода части генерируемого излучения 5. Жесткие оптические требования к размещению указанных элементов, а также трудности, связанные с выбором и изготовлением активного рабочего вещества, ограничивают возможности и направления использования таких лазеров.
Эти недостатки могли бы быть устранены путем использования лазеров на основе холестери-ческих полимеров, структура которых соответствует фотонным кристаллам с запрещенной зоной и когда все функции обычного лазера могли бы быть совмещены в единой пленке, способной генерировать когерентное излучение путем оптической накачки. В настоящей работе такие холе-стерические пленки получали путем фотополимеризации мономерных смесей, содержащих три типа соединений - мезогенный (нематогенный) мономер, способствующий формированию нематиче-ской фазы, хиральный мономер (холестерилакри-лат), обеспечивающий закручивание нематической фазы с образованием спиральной холестерической
сн2=сн .
с'оо-(сн2)4-а=Э
сн2-сн соо
сн,-сн
СОО-(СН2)—
Фотополимеризация
-(сн2)„-оос 3
Рис. 3. Схемы строения нематического (Д хирального (2) и бифункционального (5) мономеров в смеси с лазерным красителем (4), полимеризующихся под действием УФ-облучения с образованием полимерной сетки (5).
(а)
(б)
Рис. 4. Схема монодоменной планарной текстуры холестерика в оптической ячейке до (а) и после фотополимеризации с образованием холестерической сетки (б).
структуры и, наконец, бифункциональный мезо-генный мономер (диакрилат), выполняющий роль сшивателя и фиксирующий холестеричес-кую структуру в процессе сополимеризации. Необходимым элементом такой смеси является лазерный краситель - пирометен, вводимый в состав мономерной смеси в количестве до 1 мае. % для обеспечения эмиссии.
На рис. 3 схематически изображены все компоненты, необходимые для получения сшитой сетки путем фотополимеризации мономерной смеси. Однако при рассмотрении генерации лазерного излучения в таких сетках прежде всего следует отметить одно очень важное обстоятельство, связанное с необходимостью создания в процессе полимеризации совершенной монодоменной структуры. В этом случае все мезогенные группы должны располагаться в плоскости плен-
ки, формируя так называемую планарную текстуру, в которой ось холестерической спирали расположена перпендикулярно плоскости пленки или стенкам оптической ячейки, в которой протекает полимеризация (рис. 4). Помимо полимерных образцов для сравнения мы использовали также смесевые композиции на основе низкомолекулярных соединений; в этом случае монодоменная планарная текстура создавалась за счет ориентации смеси в процессе заполнения ячейки с последующим отжигом.
Такие ячейки с планарной холестерической текстурой низкомолекулярных смесей или сшитых полимерных образцов, содержащих лазерный краситель, подвергали накачке с помощью внешнего N<1: У АО-лазера и записывали спектры индуцированной эмиссии (лазерного излучения) и
1.2
0.8
и «
я 0.4 н
о «
и о К 2
2 1.0
и
X
л *
о с
° 0.6
(а)
525
575
625
о. С
Рис. 5. Схематическое изображение оптической установки для изучения генерации лазерного излучения (7) в сшитой полимерной пленке (2), помещенной в оптическую ячейку (5) с помощью внешней накачки (4); 5 - линза, 6 - детектор; 7 -многоканальный спектрометр.
спектры селективного отражения, как это схематически изображено на рис. 5.
Перейдем к рассмотрению основных результатов структурных и фотооптических исследований. Как уже было указано выше и как следует из ранее проведенных работ [19, 20], при стимуляции лазерного излучения большое значение имеет совершенство монодоменной холестерической структуры, созданию которой было уделено особое внимание. Сравнение микрофотографий пла-нарной текстуры низкомолекулярной смеси и сшитой полимерной пленки показало существенно более высокое качество монодоменной структуры смесевой композиции. Несмотря на то, что в обоих случаях образуется типичная планарная текстура с хорошо видимыми так называемыми "маслянистыми бороздками", размер монодоменных областей в случае низкомолекулярной смеси превышает размер таких же областей в полимерных образцах; это свидетельствует о более высокой степени совершенства планарной текстуры в низкомолекулярных смесях.
0.2
- (б)
. 1 1
2 1111
550 600 650 Длина волны, нм
700
Рис. 6. Спектры селективного отражения света (1) и лазерная эмиссия (2) от низкомолекулярной смеси 1 (а) и от полимерной пленки, полученной фотополимеризацией смеси мономеров (б). Толщина образцов 25 мкм.
На рис. 6а показаны спектры селективного отражения света и эмиссии (лазерного излучения) для образца низкомолекулярной смеси. Вид спектра селективного отражения (пропускания) характеризуется наличием многочисленных четких брэгговских осцилляций, располагающихся на "крыльях" пика селективного отражения света, свидетельствующих о высоком уровне совершенства монодоменной холестерической структуры. Хорошо видно, что генерируемый пик эмиссии лазерного излучения располагается в длинноволновой области "крыла" полосы селективного отражения света, совпадая с первой модой брэгговских осцилляций. Таким образом, лазерное излучение, генерируемое облучением с помощью внешнего Ыс1:УАО-лазера, проявляется в спектре в виде очень узкой полосы (рис. 6а, кривая 2). Порог лазерной генерации достаточно низок и составляет величину порядка 103 Вт/мм2.
Перейдем теперь к рассмотрению особенностей генерации лазерного излучения для полимерных холестерических образцов. Как уже отмечено выше, эти образцы готовили смешением всех исходных мономеров совместно с лазерным красителем и сенсибилизатором в толуоле, который затем упаривали до образования вязкой массы. Эту реакционную смесь и использовали для заполнения оптических ячеек и получения холесте-рической планарной текстуры, селективно отражающей свет. Такую текстуру фиксировали за счет полимеризации и сшивания образца в трехмерную сетку под действием УФ-облучения (8-10 мин) в интервале 70-90°С. Полученные образцы представляют собой стабильные прозрачные пленки, оптические свойства которых рассмотрены ниже.
Типичный спектр эмиссии совместно со спектром селективного отражения для заполимеризо-ванного образца приведен на рис. 66. В этом случае пик селективного отражения света несколько шире по сравнению с низкомолекулярной смесью; это связано, по-видимому, с большей дефектностью монодоменной структуры, вызванной процессом полимеризации. Тем не менее хорошо видно, что генерация лазерного излучения, как и в случае низкомолекулярной смеси жидкого кристалла с хиральной добавкой (рис. 6а), наблюдается на краю широкой полосы селективного отражения (~575 нм). Пик эмиссии является достаточно узким с полушириной полосы отражения порядка 5 нм. Представленные на рис. 66 спектры были получены на образцах толщиной около 25 мкм.
Однако пороговые значения энергии накачки для подобных образцов были достаточно велики и составляли величину порядка 104 Вт/мм2, что на порядок выше аналогичного параметра для рассмотренной выше низкомолекулярной смеси. В то же время интенсивность лазерного излучения существенно и нелинейно увеличивается с ростом энергии накачки (рис. 7).
Одна из главных причин высокого порогового значения энергии накачки заключается в искаженной структуре холестерической текстуры полимерного образца. Действительно, тонкая структура холестерической фазы, наблюдаемая на краях полосы селективного отражения в виде осцилляций, проявляется лишь в очень тонких
0.6 1.0 Энергия накачки, мДж
Рис. 7. Интенсивность генерируемого лазерного излучения в зависимости от энергии накачки для полимерной пленки, полученной фотополимеризацией смеси мономеров. Толщина пленки 25 мкм.
пленках порядка 8-10 мкм. В толстых образцах тонкая структура обычно не наблюдается, что, по-видимому, связано с образованием не монодоменной, а мультидоменной структуры; возможно также наличие и некоторого градиента шага холестерической спирали вдоль толщины пленки. Это приводит к уширению пика селективного отражения света и отсутствию тонкой структуры (брэгговских осцилляций).
В то же время с практической точки зрения для генерации лазерного излучения необходимо иметь низкие значения порогового напряжения. Поскольку пороговое значение накачки для генерации лазерного излучения обратно пропорционально ширине первой моды на краю полосы селективного отражения, теоретически значение порога должно быть ниже для толстых идеально монодоменных образцов.
Мы также исследовали более толстые образцы, для которых число мод лазерной генерации при той же энергии накачки увеличивается, и они охватывают более широкий интервал длин волн. Типичный спектр лазерной генерации для образцов толщиной 80 мкм приведен на рис. 8. Здесь же приведен пик селективного отражения света, охватывающий область ~640-550 нм. В этом случае пик лазерного излучения существенно уширяется, по-видимому, за счет генерации излучения от несовершенных и по-разному ориентированных доменных областей толстого образца.
Длина волны, нм
Рис. 8. Спектр селективного отражения света (пропускания) (1) и лазерная эмиссия (2—4) от полимерной пленки, полученной фотополимеризацией смеси мономеров. Толщина пленки 80 мкм. Энергия накачки 0.61 (2), 0.52 (3) и 0.44 мДж (4).
Таким образом, противоположное действие этих двух факторов - понижение порога лазерной генерации в "идеально толстых" холестерических образцах и ухудшение "лазерных свойств" материала с увеличением толщины образцов и количества дефектов в них приводит к тому, что наилучшие условия для лазерной генерации могут быть реализованы для образцов холестериков толщиной порядка 20-30 мкм. Именно такие образцы были приготовлены и использованы в настоящей работе, которые и дали наилучшие результаты.
Авторы выражают искреннюю благодарность Mr. Neugroschl D. (Chiral Photonics, Inc", USA) и Prof. Genack A. (Queens College of the University of New York, USA) за поддержку в выполнении этой работы и обсуждение ее результатов. Мы благодарим Е. Madsen (Copenhagen University), принимавшего участие в выполнении экспериментальной части работы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. De Gennes P.G., Prost J. The Physics of Liquid Crystals. Oxford: Sei. Publ., 1995.
2. Plate NA., Shibaev V.P. Comb-Shaped Polymers and Liquid Crystals. New York: Plenum Press, 1988.
3. Shibaev V.P., Freidzon Ya.S. Side-Chain Liquid Crystal Polymers / Ed. by McArdle C. Glasgo: Blackie, 1989. P. 260.
4. Lypez C. // Adv. Mater. 2003. V. 15. № 20. P. 1679.
5. Mizeikz V., Jodkazis S., Marcinkevicius A., Matsuo S., Misawa H. // J. Photochem. Photobiol. C. 2001. V. 2. № 1. P. 35.
6. Kopp V., Zhao-Qing Zhang, Genack A. // Prog. Quantum Electronics. 2003. V. 27. № 6. P. 369.
7. J. Mod. Opt. Principles and Applications of Photonic Band Gap Structures / Ed. by Haus J.W., Kurizki G. 1994. V. 41. P. 345.
8. Yablonovitch E., Leung K.M. // Physica B. 1991. V. 175. № 1-3. P. 81.
9. Sozuer H.S., Haus J.W. // J. Opt. Soc. Am. B. 1993. V. 10. № 2. P. 296.
10. Photonic Band Gap Materials. NATO ASI. Ser. E. The Netherlands: Kluwer, 1996. V. 315.
11. Yoshino K., Tatsuhara S., Kawagishi K, Ozaki M., Za-khidov A.A., Vardeny Z.V. I I Appl. Phys. Lett. 1999. V. 74. № 18. P. 2590.
12. Dowling J.P., Scalora M., Bloemer MJ„ Bowden C.M. // J. Appl. Phys. 1994. V. 75. № 4. P. 1896.
13. Bendrickson J.M., Dowling J.P., Scalora M. // Phys. Rev. E. 19%. V. 53. № 4. P. 4107.
14. Kopp V.l., Genack A.Z. // Proc. Conf. "Photonics West SPIE Conference on Organic Photonic Materials and Devices". USA, 1999.
15. Kopp V.l., Fan B„ Vithana H.K.M., Genack A.Z. // Opt. Lett. 1998. V. 23. № 21. P. 1707.
16. Kopp V.l., Genack A.Z., Zhang Z.Q. // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 86. №9. P. 1753.
17. Yang Y.C., Kee C.S., Kim J.E., Park H.Y., Lee J.C., Jen Y.J. // Phys. Rev. E. 1999. V. 60. № 6. P. 6852.
18. Chen S.H., Katsis D„ Schmid A.W., Mastrangelo J.C., Tsutsui T., Blanton T.N. // Nature. 1999. V. 397. №6719. P. 506.
19. Kopp V.l., Shibaev P.V., Bose R., Genack A.Z. // Proc. SPIE. 2002. №4655. P. 141.
20. Shibaev P.V., Genack A.Z. // Liq. Cryst. 2003. V. 30. № 11. P. 1365.
21. Shibaev P.V., Kopp V.l., Genack A.Z., Hanelt E. // Liq. Cryst. 2003. V. 30. № 12. P. 1391.
22. Matsui Т., Ozaki R., Funamoto К., Ozaki М., Yoshi-по К. И Appl. Phys. Lett. 2002. V. 81. № 20. Р. 3741.
23. Shibaev P.V., Kopp V.l., Genack A.Z. // J. Phys. Chem. B. 2003. V. 107. № 29. P. 6961.
24. Shibaev P.V., Tang K., Genack A.Z., Kopp V.l., Green M.M. // Macromolecules. 2002. V. 35. № 8. P. 3022.
25. Schmidtke J., Stille W., Finkelmann H„ Kim S.T. // Adv. Mater. 2002. V. 14. № 10. P. 746.
26. Osuji C., Chao C.Y., Bita /., Ober Ch., Thomas EL. Ц Adv. Funct. Mater. 2002. V. 12. № 11-12. P. 753.
27. Madsen J. Master Th. Denmark: Copenhagen Univ., 2002. P. 55.
28. Шибаев В.П., Фрейдзон Я.С., Платэ H.A. // Высо-комолек. соед. А. 1978. Т. 20. № 1. С. 82.
Lasing in Cholesteric Polymer Networks
P. V. Shibaev*, N. I. Boiko**, A. Yu. Bobrovskii**, and V. P. Shibaev**
*Department of Physics, Fordham University, Rose Hill, Bronx, New York, 10458, the United States *Facuity of Chemistry, Moscow State University, Leninskie gory, Moscow, 119992 Russia
Abstract—New comb-shaped polymeric LC networks containing small admixtures of the laser dye py-romethene were synthesized. Oriented cholesteric networks with the planar structure were prepared by the pho-toinduced polymerization of a liquid-crystalline mixture containing nematic, chiral, and Afunctional acrylates in the presence of the laser dye. It was shown that cholesteric single-domain networks might be considered as photonic entities with forbidden bands, which makes it possible to use these as generators of laser radiation by pumping with an external laser. The emergence of narrow laser emission peaks on the edge of the selective-reflection band (575 nm) was detected. The influence of the structure and thickness of such polymer films, as well as the pumping intensity, on the optical properties and characteristics of lasing was studied. The cholesteric polymer networks obtained show promise as optical materials.
