В видимом диапазоне спектра работает огромное разнообразие мощных искусственных источников света. Это не только электролюминесцентные лампы, сварочные аппараты, но и лазеры. Термический ожог сетчатки и сосудистой оболочки глаз представляет собой реальную угрозу, ибо само интенсивное излучение лишь в незначительной степени ослабляется, проходя через оптическую среду органов зрения. Это приводит к необратимым последствиям, в частности, к ожогу сетчатки, ведь время инерции человеческого зрения (естественная защита организма) составляет всего лишь 0.1 c. Традиционными средствами пассивной защиты от высокоинтенсивного света являются светопоглощающие очки, однако ввиду медленного включения ослабления излучения, риск поражения остается высоким. И вот на помощь приходят нелинейно-оптические материалы (абсорберы), которые при малых энергиях света работают как простые светофильтры, но далее при увеличении интенсивности обрезают его до безопасного уровня. В последнее время ученые стали уделять все большее внимание проблеме защиты от лазерного излучения ввиду опасности поражения дорогостоящей электронной аппаратуры, органов зрения судоводителей и пилотов летательных аппаратов, отвечающих за жизни сотен пассажиров.
Группа российский ученых, созданная на базе Института физиологически активных веществ Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (ИФАВ РАН) и Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета «МИЭТ», сообщает о возможности создания уникальных нелинейных абсорберов для быстродействующих оптических ограничителей нового поколения. Повышение эффективности ослабления лазерного излучения достигается за счет удачного сочетания спектральных и агрегационных характеристик таких материалов.
«Мы ввели в структуру несимметрично-замещенного фталоцианина пента(хлор)циклотрифосфазеновый фрагмент, и это привело к подавлению агрегации молекул и увеличило нелинейный отклик материала в ответ на воздействие лазерного излучения» — рассказывает руководитель проекта, поддержанного Российским научным фондом (РНФ) Александр Толбин, профессор РАН, доктор химических наук, главный научный сотрудник ИФАВ РАН.
В работе, опубликованной в журнале New Journal of Chemistry, содержится описание принципиально новой теоретической модели, позволяющей дать количественную оценку спектральной нелинейности красителей, а с применением новейшего численного алгоритма для выполнения мультипараметрического анализа, реализованного в виде компьютерной программы CORRELATO (автор – профессор РАН А.Ю. Толбин, свидетельство о регистрации №2022613888) стало возможно установление корреляционных взаимосвязей агрегации абсорберов с их нелинейным оптическим откликом. Также продемонстрировано, как комбинация функционального и зонного мультипараметрического анализа может помочь в создании моделей прогнозирования с целью решения ключевой задачи комплекса фундаментальных наук о материалах – поиск взаимосвязи структуры вещества с его свойствами.
Описанная стратегия открывает значимые перспективы создания высокопроизводительных устройств для решения социально значимой проблемы – защиты органов зрения и сенсоров оптоэлектронных устройств от поражения лазерным излучением. Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ 21-73-20016 и также находится в рамках одного из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации - безопасность и противодействие терроризму.
Создание моделей прогнозирования на основе многоуровневых взаимосвязей структуры абсорберов с их нелинейным оптическим откликом позволяет более эффективно подходить к решению ключевой задачи современной лазерной техники - разработке высокопроизводительных материалов для защиты от поражения высокоинтенсивным излучением.
Авторы исследования:
- Толбин Александр Юрьевич, профессор РАН, доктор химических наук, главный научный сотрудник Института физиологически активных веществ Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН – руководитель направления;
- Герасименко Александр Юрьевич, кандидат физико-математических наук, доцент Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета «МИЭТ», заведующий лабораторией биомедицинских нанотехнологий Первого МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет) – руководитель группы молодых ученых;
- Савельев Михаил Сергеевич, кандидат физико-математических наук, доцент Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета «МИЭТ», ведущий научный сотрудник лаборатории клинических смарт-нанотехнологий Первого МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет).
- Василевский Павел Николаевич, аспирант Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета «МИЭТ»