НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АССОЦИАТОВ КРАСИТЕЛЕЙ И НАНОЧАСТИЦ СУЛЬФИДА ЦИНКА

DOI:10.17586/1023-5086-2018-85-05-60-67 

© 2018 г. Р. А. Ганеев*, доктор физ.-мат. наук; Г. С. Болтаев**, доктор физ.-мат. наук; Б. Р. Собиров**; Т. Усманов**, доктор физ.-мат. наук; М. С. Смирнов*, канд. физ.-мат. наук; О. В. Овчинников*, доктор физ.-мат. наук; А. И. Звягин*; Д. В. Волыхин; В. Г. Клюев*, доктор физ.-мат. наук

*Воронежский государственный университет, Воронеж

**Институт ионно-плазменных и лазерных технологий, Ташкент, Узбекистан

E-mail: Ovchinnikov_O_V@rambler.ru

УДК 535.14; 535.34

Поступила в редакцию 19.12.2017

Методом Z­сканирования выполнено исследование нелинейного поглощения в ассоциатах коллоидных наночастиц сульфида цинка и органических красителей. На длинах волн 1064 и 532 нм импульсного излучения YAG:Nd³⁺­лазера длительностью 40 пс получены коэффициенты нелинейного поглощения ассоциатов различных красителей [тионин, эритрозин и пиридиниевая соль 3,3¢­ди­(g­сульфопропил)­4,4¢,5,5¢­дибензо­9­этилтиа­карбоцианинбетаинина] и наночастиц ZnS со средними размерами 2 нм. Предположено, что нелинейное поглощение наночастиц ZnS на длине волны 1064 нм обусловлено трехфотонным возбуждением центров люминесценции. Ассоциация молекул красителей с наночастицами ZnS приводит к уменьшению «провала» на кривых Z­сканирования, что обусловлено акцепторными свойствами красителей и, вероятно, переносом электронных возбуждений от центров люминесценции наночастиц ZnS к молекулам красителей.

Ключевые слова: коллоидные наночастицы ZnS, красители, гибридные ассоциаты, метод Z-сканирования, нелинейное поглощение света.

Коды OCIS: 190.4710, 190.4720

Литература 

1. Innes K.K., Stoichef B.P., and Wallace S.C. Four-wave sum mixing (130–180 nm) in molecular vapors // Appl. Phys. Lett. 1976. V. 29. № 11. P. 715–717.
2. Ashfold M.N.R., Heryet C.D., Prince J.D., Tutcher B. Competition between resonance­enhanced multiphoton ionisation and third­harmonic generation in acetylene vapour // Chem. Phys. Lett. 1986. V. 131. № 4–5. P. 291–297.
3. Lukinykh V.F., Myslivets S.A., Popov A.K., and Slabko V.V. Nonlinear optical frequency­mixing in dye vapors // Appl. Phys. B. 1985. V. 38. № 2. P. 143–146.
4. Ganeev R.A., Tugushev R.I., Ishchenko A.A., Derevyanko N.A., Ryasnyansky A.I., and Usmanov T. Characterization of nonlinear optical parameters of polymethine dyes // Appl. Phys. B. 2003. V. 76. № 6. P. 683–686.
5. Ishchenko A. The structure and spectral­luminescent properties of polymethine dyes. Kiev: Naukova Dumka, 1994. 
6. Ovchinnikov O.V., Smirnov M.S., Perepelitsa A.S., Shatskikh T.S., and Shapiro B.I. Optical power limiting in ensembles of colloidal Ag₂S quantum dots // Quantum Electron. 2015. V. 45. № 12. P. 1143–1150.
7. Boltaev G.S., Sobirov B., Reyimbaev S., Sherniyozov H., Usmanov T., Smirnov M.S., Ovchinnikov O.V., Grevtseva I.G., Kondratenko T.S., Shihaliev H.S., Ganeev R.A. Nonlinear optical characterization of colloidal solutions containing dye and Ag₂S quantum dot associates // Appl. Phys. A. 2016. V. 122. P. 999.
8. Han M.Y., Huang W., Chew C.H., Gan L.M., Zhang X.J., and Ji W. Large nonlinear absorption in coated Ag₂S/CdS nanoparticles by inverse microemulsion // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 102. № 11. P. 1884–1887.
9. Oak S.M., Bindra K.S., Chari R., and Rustagi K.C. Two­photon absorption in semiconductor­doped glasses // JOSA. B. 1993. V. 10. № 4. P. 613–619.
10. Днепровский В.С., Жуков Е.А., Кабанин Д.А., Лясковский В.Л., Ракова А.В., Wumaier Tuerdi. Нелинейное поглощение и преломление света в коллоидном растворе квантовых точек CdSe/ZnS при резонансном двухфотонном возбуждении // ФТТ. 2007. Т. 49. № 2. С. 352–356.
11. Данилов В.В., Панфутова А.С., Ермолаева Г.М., Хребтов А.И., Шилов В.Б. Эффект оптического ограничения и особенности кинетики люминесценции в гибридных наносистемах с квантовыми точками CdSe/ZnS и органическими агентами // Опт. спектр. 2013. Т. 114. № 6. С. 82–87.
12. Ganeev R.A., Ryasnyansky A.I., Tugushev R.I., and Usmanov T. Investigation of nonlinear refraction and nonlinear absorption of semiconductor nanoparticle solutions prepared by laser ablation // J. Opt. A. 2003. V. 5. P. 409–417.
13. Ganeev R.A., Baba M., Morita M., Rau D., Fujii H., Ryasnyansky A.I., Ishizawa N., Suzuki M., and Kuroda H. Nonlinear optical properties of CdS and ZnS nanoparticles doped into zirconium oxide films // J. Opt. A. 2004. V. 6. P. 447–453.
14. Venkatram N., Kumar R.S.S., and Rao D.N. Nonlinear absorption and scattering properties of cadmium sulphide nanocrystals with its application as a potential optical limiter // J. Appl. Phys. 2006. V. 100. P. 074309.
15. Mir W.J., Swarnkar A., Sharma R., Katti A., Adarsh K.V., and Nag A. Origin of unusual excitonic absorption and emission from colloidal Ag₂S nanocrystals: Ultrafast photophysics and solar cell // J. Phys. Chem. Lett. 2015. V. 6. P. 3915–3922.
16. Ovchinnikov O.V., Smirnov M.S., Shatskikh T.S., Khokhlov V.Yu., Shapiro B.I., Vitukhnovsky A.G., Ambrozevich S.A. Spectroscopic investigation of colloidal CdS quantum dots — Methylene Blue hybrid associates // J. Nanoparticle Research. 2014. V. 16. № 3. P. 2286.
17. Овчинников О.В., Смирнов М.С., Шапиро Б.И., Шатских Т.С., Латышев А.Н., Pham Thi Hai Mien, Хохлов В.Ю. Спектральные проявления гибридной ассоциации коллоидных квантовых точек CdS с молекулами метиленового голубого // Опт. спектр. 2013. Т. 155. № 3. С. 389–397.
18. Smirnov M.S., Ovchinnikov O.V., Shatskikh T.S., Perepelitsa A.S., Vitukhnovsky A.G., Ambrozevich S.A. Luminescence properties of hydrophilic hybrid associates of colloidal CdS quantum dots and methylene blue // J. Luminescence. 2014. V. 156. P. 212–218.
19. Овчинников О.В., Смирнов М.С., Шапиро Б.И., Дедикова А.О., Шатских Т.С. Cпектроскопические проявления гибридной ассоциации коллоидных квантовых точек CdS с J­агрегатами тиатриметинцианинового красителя // Опт. спектр. 2015. Т. 119. № 5. С. 718–727.
20. Смирнов М.С., Овчинников О.В., Новиков П.В., Латышев А.Н., Ефимова М.А. Низкопороговое ограничение мощности оптического излучения в кристаллах с сенсибилизированной антистоксовой люминесценцией // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 11. С. 68–74.
21. Smirnov M.S., Ovchinnikov O.V., Dedikova A.O., Shatskikh T.S., Shapiro B.I., Vitukhnovsky A.G. Luminescence properties of hybrid associates of colloidal CdS quantum dots with J­aggregates of thiatrimethine cyanine dye // J. Luminescence. 2016. V. 176. P. 77–85.
22. Ganeev R.A., Boltaev G.S., Tugushev R.I., Usmanov T., Baba M., and Kuroda H. Low­ and high­order nonlinear optical characterization of C₆₀­containing media // Eur. Phys. J. D. 2011. V. 64. P. 109–114.
23. Ovchinnikov O.V., Kondratenko T.S., Grevtseva I.G., Smirnov M.S. and  Pokutnyi S.I. Sensitization of photoprocesses in colloidal Ag₂S quantum dots by dye molecules // J. Nanophoton. 2016. V. 10. P. 033505.
24. Kondratenko T.S., Ovchinnikov O.V., Grevtseva I.G., and Smirnov M.S. Organic–inorganic nanostructures for luminescent indication in the near­infrared range // Tech. Phys. Lett. 2016. V. 42. P. 365–367.
25. Kull M. and Coutaz J.­L. Intensity­dependent absorption and luminescence in semiconductor­doped glasses // JOSA. B. 1990. V. 7. № 8. P. 1463–1472.
26. Uchida K., Kaneko S., Omi S., Hata C., Tanji H., Asahara Y., and Ikushima A. Optical nonlinearities of a high concentration of small metal particles dispersed in glass: Copper and silver particles // JOSA. B. 1994. V. 11. № 7. P. 1236–1243.
27. Li H.P., Kam C.H., Lam Y.L., and Ji W. Optical nonlinearities and photo­excited carrier lifetime in CdS at 532 nm // Opt. Commun. 2001. V. 190. P. 351–356.
28. Chapple P.B., Staromlynska J., Hermann J.A., Mckay T.J., and McDuff R.G. Single beam Z­scan: measurement techniques and analysis // J. Nonlin. Opt. Phys. Mater. 1997. V. 6. № 3. P. 251–296.
29. Ganeev R.A., Kulagin I.A., Ryasnyansky A.I., Tugushev R.I., and Usmanov T. Characterization of nonlinear­optical parameters of KDP, LiNbO₃ and BBO crystals // Opt. Commun. 2004. V. 229. № 1–6. P. 403–412.
30. Zaręba J.K., Szeremeta J., Waszkielewicz M., Nyk M., and Samoc M. Nonlinear­optical response of prussian blue: strong three­photon absorption in the IR region // Inorg. Chem. 2016. V. 55. P. 9501–9504.
31. Wang С., Wang F., Zhu B., Dai S., Gu Y., and Zhang J. Surface­tuned three­photon absorption of CdSe nanocrystals in near­infrared // Appl. Phys. B. 2017. V. 123. P. 195.

Полный текст