Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Modification of optical properties of 2,5-bis(2-benzoxazolyl)hydro-quinone in opal photonic crystals

Moiseyenko V., Dergachov M., Abu Sal B. and Yevchik A. 

Download this article

Abstract. We study angular dependences of the reflection and fluorescence spectra for the synthetic opal infiltrated with a photo-reactive substance, 2,5-bis(2-benzoxazolyl)hydroquinone (BBHQ). The peak shift observed in the reflection spectra with increasing incidence angle of light is satisfactorily described by the Bragg diffraction law if the effective dielectric constant of the composite obtained by us is taken to be εeff = 2.10. A suppression of fluorescence inside the stop-band and an increase in the shorter-wavelength fluorescence intensity are identified. The latter effect is explained by increasing role of radiative transitions through the surface states and impurity levels. The concentration of surface states increases essentially for the BBHQ embedded in the opal pores, and the impurity levels are formed by BBHQ molecules with substituted hydroxyl groups or with modified benzazole rings

Keywords: opal photonic crystals, fluorescence, excited state intramolecular proton transfer 

PACS: 78.55.Kz + 42.70.Qs
UDC: 535.361 
Ukr. J. Phys. Opt. 14 225-232
doi: 10.3116/16091833/14/4/225/2013
Received: 16.09.2013

Анотація.  У роботі досліджено кутову залежність спектрів відбивання та флюоресценції синтетичного опалу, інфільтрованого фотореактивною речовиною – 2,5-біс(2-бензоксазоліл) гідрохіноном (BBHQ). Зсув максимуму спектра відбивання зі зростанням кута падіння світла добре описується дифракційним співвідношенням Бреґґа, якщо значення ефективної діелектричної проникливості отриманого композиту дорівнює εeff = 2.10. Виявлено пригнічення флюоресценції в межах стоп-зони та зростання інтенсивності для більш короткохвильової флюоресценції. Ефект пояснено зростанням ролі випромінювальних переходів через поверхневі стани та домішкові рівні. Концентрація поверхневих станів для BBHQ у порах опалу суттєво збільшується, а домішкові рівні утворюються молекулами BBHQ із заміщеними гідроксильними групами або із модифікованими бензазольними кільцями. 
REFERENCES
  1. Joannopoulos J, Johnson G, Winn J and Meade R. Photonic crystals. Molding the flow of light. Princeton and Oxford: Princeton University Press (2008).
  2. Yablonovitch E, 2007. Photonic crystals: what's in a name? Opt. Photonics News. 183: 12–13.
  3. Yablonovitch E, 1987. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics. Phys. Rev. Lett. 58: 2059–2062. doi:10.1103/PhysRevLett.58.2059PMid:10034639 
  4. Vats N, John S and Bush K, 2002. Theory of fluorescence in photonic crystals. Phys. Rev. A. 65: 043808. doi:10.1103/PhysRevA.65.043808
  5. Sinitskii A, Knot'ko A and Tretyakov Yu, 2004. Silica photonic crystals: synthetis and optical properties. Sol. State Ionics 172: 477–479.doi:10.1016/j.ssi.2004.01.048
  6. Gaponenko S, Bogomolov V, Petrov E, Kapitonov A, Yarotsky D, Kalosha I, Eychmueller A, Rogach A, McGilp J, Woggon U and Gindele F, 1999. Spontaneous emission of dye molecules, semiconductor nanocrystals, and rare-earth ions in opal-based photonic crystals. J. Lightwave Technol. 17: 2128–2137. doi:10.1109/50.803003
  7. Megens M, Wijnhoven J, Lagendijk Ad and Vos W, 1999. Light sources inside photonic crystals. J. Opt. Soc. Amer. B. 16: 1403–1408. doi:10.1364/JOSAB.16.001403
  8. Aliev G, Golubev V, Dukin A, Kurdyukov D, Medvedev A, Pevtsov A, Sorokin L and Hutchison J, 2002. Structural, photonic band-gap, and luminescence properties of the opal-erbium composite. Phys. Sol. State. 44: 2224–2231. doi:10.1134/1.1529915
  9. Bechger L, Lodahl P and Vos W, 2005. Directional fluorescence spectra of laser dye in opal and inverse opal photonic crystals. J. Phys. Chem. B. 109: 9980–9988. doi:10.1021/jp047489tPMid:16852206 
  10. Gruzintsev A, Emel'chenko G, Masalov V, Yakimov E, Barthou C and Maitre A, 2009. Luminescence of CdSe/ZnS quantum dots infiltrated into an opal matrix. Semiconductors. 43: 197–201. doi:10.1134/S1063782609020158
  11. Gruzintsev A, Emel'chenko G and Masalov V, 2009. Photoluminescence of ZnO infiltrated into a three-dimensional photonic crystal. Semiconductors. 43: 1017–1022. doi:10.1134/S1063782609080107
  12. Kim S, Park S, Kwon J and Park S Y, 2011. Organic light-emitting diodes with a white-emitting molecule: emission mechanism and device characteristics. Adv. Funct. Mater. 21: 644–651. doi:10.1002/adfm.201001779
  13. Sakai K, Tsuzuki T, Itoh Y, Ichikawa M and Taniguchi Y, 2005. Using proton-transfer laser dyes for organic laser diodes. Appl. Phys. Lett. 86: 081103. doi:10.1063/1.1868885
  14. Uzhinov B and Druzhinin S, 1998. Excited state proton transfer dye lasers. Russ. Chem. Rev. 67: 123–136. doi:10.1070/RC1998v067n02ABEH000257
  15. Kocher C, Weder C and Smith P, 2003. "Latent" ultraviolet light absorbers. J. Mater. Chem. 13: 9–15. doi:10.1039/b209394d
  16. Moiseyenko V, Guziy O, Gorelik V and Dergachov M, 2008. Optically excited secondary emission spectra of photonic crystals based on synthetic opals. Opt. Spectr. 105: 919–923. doi:10.1134/S0030400X08120175
  17. Stöber W, Fink A and Bohn E, 1968. Controlled growth of monodisperse silica spheres in micron size range. J. Coll. Inter. Sci. 26: 62–68.doi:10.1016/0021-9797(68)90272-5
  18. Baryshev A, Kaplyanskii A, Kosobukin V, Limonov M, Samusev K and Usvyat D, 2003. Bragg diffraction of light in syn-thetic opals. Phys. Sol. State. 45: 459–471.doi:10.1134/1.1562231 
  19. Mordzinski A, Grabowska A and Teuchner K, 1984. Mechanism of excited-state proton transfer in "double" benzoxa-zoles: 2,5-bis(2-benzoxazolyl)hydroquinone. Chem. Phys. Lett. 111: 383–388. doi:10.1016/0009-2614(84)85525-6
  20. Orlando C, Wirth J and Heath D, 1972. 2,5-bis(2-benzoxazolyl)hydroquinones and their derivatives. US Patent 3673202.
  21. Mordzinski A, Excited state intramolecular proton transfer: the structural and dynamical aspects. Institute of Physical Chemistry PAN: Warszaw (1990).
  22. Orlando C M, Wirth JG and Heath DR, 1971. Red- and near-infrared luminescent benzazole derivatives. J. Chem. Soc. D. 1551b-1552. doi:10.1039/c2971001551b 
  23. Chayka K, Moiseyenko V and Mordzinski A, 2005. Luminescence of 2,5-bis(2-benzoxazolyl)hydroquinone molecules adsorbed on copper island film. Ukr. J. Phys. Opt. 5: 128–132. doi:10.3116/16091833/6/4/128/2005
  24. Gorelik V, 2007. Optics of globular photonic crystals. Quant. Electron. 37: 409–432. doi:10.1070/QE2007v037n05ABEH013478
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics
5D430D;7BC78D;A98E4D