РОЗДІЛ 2. ВИКОРИСТАННЯ ДИНАМІЧНОЇ ПОЛЯРИЗАЦІЙНОЇ ГОЛОГРАФІЇ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ФОТОІНДУКОВАНИХ ПРОЦЕСІВ У БАКТЕРІОРОДОПСИНІ
У 1971 році вперше було показано, що для запису просторової модуляції стану поляризації, одержаної при інтерференції двох когерентних хвиль із ортогональними лінійними поляризаціями, можуть бути використані фотоанізотропні матеріали [54]. Голограма, записана таким чином, носить назву поляризаційної. Як правило, поляризаційний голографічний запис розглядається в фотоанізотропних середовищах у рамках наближення кубічної нелінійності [56-58].
Сучасні системи оптичної обробки зображень вимагають використання матеріалів із високою світлочутливістю. У зв'язку з цим викликає інтерес голографічний запис в ізотропних середовищах із анізотропно насичувальною нелінійністю, наприклад, у флуоресцеїні в пористому склі [59], тонких фотоанізотропних аморфних As2S3 плівках [60], плівках із метиловим оранжевим у полівініловому спирті [61]. Для таких середовищ уже не можна використовувати наближення кубічної нелінійності.
Плівки на основі бактеріородопсину, завдяки їх фотоанізотропним властивостям, дають можливість для запису не тільки голограми інтенсивностей [62], але і поляризаційної голограм [1]. Дослідження голографічного поляризаційного запису в таких плівках є недеструктивним методом, цікавим як із точки зору вивчення фотоіндукованих реакцій, що відбуваються в БР, так і для керування характеристиками голографічного запису для практичних застосувань. Потрібно відмітити, що вивчення оптичних властивостей БР у цій роботі проводиться в тих самих оптичних схемах, які використовуються для оптичної обробки зображень. Із одного боку, це дає можливість зрозуміти, як властивості БР проявляються в цих схемах оптичної обробки зображень. З іншої сторони одержані результати дуже важливі для оптимізації БР-плівок.
Основні результати, викладені нижче, опубліковані в роботах [10, 11, 19, 21-23].
2.1. Поляризаційний голографічний запис у плівках із бактеріородопсином при різних поляризаціях взаємодіючих хвиль
Плівки на основі БР характеризуються анізотропно насичувальною нелінійністю. Молекули БР, які анізотропно поглинають світло, при відсутності освітлення знаходяться в вихідній формі bR570 і ізотропно розподіляються за усіма напрямками в площині плівки. Під дією лінійно поляризованого світла завдяки оборотній анізотропній фотоселекціїї молекул БР насичення (стан, коли 50% молекул БР знаходиться в формі bR570, а 50% - в інтермедіаті M412) досягається для різних напрямків орієнтації молекул при різних інтенсивностях. Інтенсивність насичення Iнас залежить від кута між напрямком поляризації записуючого світла та довгою віссю поглинання молекули БР.
Поляризаційний голографічний запис у такому середовищі на основі моделі оборотної анізотропної фотоселекції молекул БР уперше теоретично розглянуто в роботах [63, 3]. Але аналіз був обмежений випадком, коли записуючі хвилі мали рівні інтенсивності. На довжині хвилі зчитування поглинання вважалося відсутнім, хоча, як правило, воно не дорівнює нулю. Молекула БР розглядалася в наближенні лінійного осцилятора. Однак молекули WT БР і, ще більшою мірою, молекули генетичних мутантів, які були досліджені нами в п.1.5, виявляють відхилення від наближення лінійного осцилятора (табл.1.3).
Нами на основі моделі оборотної анізотропної фотоселекції молекул БР під дією світла вперше був проведений розрахунок дифракційної ефективності амплітудно-фазової поляризаційної решітки, що враховувало зміну під дією світла як показника заломлення, так і коефіцієнта поглинання на довжині хвилі зчитування. Це дає можливість здійснювати розрахунок у широкому діапазоні довжин хвиль зчитування. Також було враховано, що молекулярний дихроїзм форми bR570 не дорівнює нулю. Але найбільш цікавим є вперше розглянутий нами і представлений далі в п.1 розділу 3 випадок запису поляризаційної решітки в такому середовищі при довільному співвідношенні інтенсивностей записуючих хвиль. При цьому, як буде показано далі, у просторі змінюється як еліптичність, так і азимут записуючого поля. Це дає можливість змінювати модуляцію поляризації у просторі, змінюючи тільки співвідношення між інтенсивностями ортогонально лінійно поляризованих записуючих хвиль.
Нехай на плівку з БР під кутами ? до нормалі падають дві плоскі когерентні хвилі з інтенсивностями I1 і I2, довжина хвилі яких ? попадає виключно в смугу поглинання вихідної форми фотоциклу bR570. У результаті інтерференції в залежності від поляризації цих хвиль у просторі можуть бути модульовані як поляризація, так і інтенсивність результуючого поля з періодом . Кожна точка простору в загальному випадку характеризується певним еліпсом поляризації результуючого світлового поля із компонентами світлового поля та , що відповідають великій і малій осі еліпса поляризації, і азимутом ?0, що задає орієнтацію еліпса поляризації.
Для початку обмежимося розглядом запису решіток хвилями однакової інтенсивності в чотирьох наступних випадках.
1. Поляризаційна решітка, записуючі хвилі поляризовані лінійно, вектор напруженості однієї розташований перпендикулярно до площини падіння, а другої - в площині падіння (рис.2.1а):
, ,
; (2.1)
2. Поляризаційна решітка, записуючі хвилі ортогонально циркулярно поляризовані (рис.2.1б)
, , , (2.2)
Рис. 2.1. Модуляція інтенсивності і стану поляризації при записі:
а) поляризаційної решітки ортогонально лінійно поляризованими хвилями;
б) поляризаційної решітки ортогонально циркулярно поляризованими хвилями
в) решітки інтенсивностей однаково лінійно поляризованими хвилями;
г) решітки інтенсивностей однаково циркулярно поляризованими хвилями.
Інтенсивність записуючих хвиль однакова.
3. Решітка інтенсивностей, записуючі хвилі поляризовані лінійно і перпендикулярно до площини падіння (рис.2.1в):
, , ; (2.3)
4. Решітка інтенсивностей, записуючі хвилі однаково циркулярно поляризовані (рис.2.1г):
, ; (2.4)
де , .
При записі пол
- Київ+380960830922