автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Многослойные структуры, включающие слои на основе бактериородопсина, для компонентов информационных систем и нейросетевых технологий

ОАО Центральный научно-исследовательский технологический институт

«ТЕХНОМАШ» г.г „ л .

г Г о ОЛ 2 2 ДЕК Ш

На правах рукописи

Гребенников Евгений Петрович

МНОГОСЛОЙНЫЕ СТРУКТУРЫ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ СЛОИ НА ОСНОВЕ БАКТЕРИОРОДОПСИНА, ДЛЯ КОМПОНЕНТОВ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И НЕЙРОСЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность: 05.27.01 — Твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва—2000

Работа выполнена в отделе нейросетевых технологий в опто- и микроэлектронике ОАО Центральный научно-исследовательский технологический институт «ТЕХНОМАШ».

Научные руководители:

доктор химических наук профессор

кандидат технических наук старший научный сотрудник

Научный консультант:

кандидат химических наук старший научный сотрудник

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки России доктор технических наук А.И.Галушкин

профессор

Лауреат государственной премии

доктор физико-математических наук М.И.Самойлович

профессор

Ведущая организация: Институт микроэлектроники и информатики РАН, г. Ярославль.

Защита состоится 27 декабря 2000 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета К 110.02.02 в ОАО ЦНИТИ «ТЕХНОМАШ» по адресу: 121108, Москва, ул. Ив. Франко, д. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО ЦНИТИ «ТЕХНОМАШ».

Автореферат разослан 23 ноября 2000 г.

Отзывы просим направлять в двух экземплярах, заверенные печатью, по адресу: 121108, Москва, ул. Ив. Франко, д. 4, ОАО ЦНИТИ «ТЕХНОМАШ», ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета К 110.02.02 кандидат технических наук

старший научный сотрудник /^^г^-к^ Э.А.Сахно

Н.Г.Рамбиди В.Д.Житковский

А.Ф.Белянин

1818.0 + 18M.3-03?. о f D

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Государственные программы и исследовательские планы частных компаний промышленно развитых стран направлены на создание элементной базы информационных систем путем применения новых перспективных технологий и материалов. Разрабатывается проблема интеграции материалов и процессов, применяемых в микро-, нано- и биомолекулярной электронике для синтеза функциональных сред и компонентов нового поколения, устройств приема, преобразования, хранения и передачи информации.

Одним из перспективных материалов для применения в информационных системах является бактериородопсин (БР) — светочувствительный белок, характеризующийся упорядоченным расположением молекул, который, будучи встроенным в полимерные пленки толщиной от 5 нм (монослой) до десятков мкм, сохраняет свои свойства в течение длительного времени (>10 лет). БР-содержащие полимерные дленки ведут себя как фотохромные материалы и характеризуются высокими цикличностью (>10б) и оптическим разрешением (-5000 л/мм)..,В технических целях БР-содержащие полимерные пленки могут быть использованы в сочетании с пленками других материалов.

Многослойные структуры, включающие слои на основе БР, перспективны для создания компонентов информационных систем, используемых в качестве пространственно-временных модуляторов света, в устройствах для записи динамических голограмм, хранения и отображения информации. Одной из задач развития информационных систем является, создание устройств нейросетевой обработки информации (нейросетевые технологии), решение которой в настоящее время зависит от формирования соответствующей элементной базы.

Реализация нейросетевых технологий в микроэлектронике осложнена применением проводников для создания межэлементных соединений, что в случае нейросистем с большим числом нейронов ведет к задержкам в линиях связи и снижению ■ быстродействия нейронных сетей. В результате при современных технологиях плотность связей уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния между нейронами.'

Применение БР-содержащих полимерных пленок в многослойных структурах позволяет осуществлять основные нейросетевые операции оптическим способом, без проводников и промежуточных оптоэлектронных преобразований, и соединять нейроны в трехмерном пространстве. Это обеспечивает высокую интеграцию элементов, скорость преобразования и передачи информации.

Многослойные структуры, включающие слои на основе БР, могут быть использованы для создания _ устройств , ,о(?рабртки _ информации на основе нейросетевых технологий: систем технического зрения, устройств распознавания речевых команд, акустических и других сигналов, а также в-системах управления движущимися объектами и технологическими процессами. Также перспективны новые применения указанных технологий в микроробототехнике и медицинском протезировании, интеллектуализации систем связи для предварительного анализа и сжатия информации, защите информационных сетей и коммуникаций посредством нейросетевой обработки входного и выходного сигналов.

Исследованиям в области разработки нейросетевых технологий посвящены работы Я.З.Цыпкина, А.И.Галушкина, Н.Н.Евтихиева, А.Н. Бубенникова и др., а исследованию БР-содержащих сред и их техническому применению — Ю.А.Овчинникова, В.П.Скулачева, Н.Н.Всеволодова, Н. Хампа, Р.Р.Берча. Однако в этих'работах, по понятным причинам, не представлены технические решения по построению в одном конструктиве многослойных структур, включающих слои на основе БР, и применению таких конструкций для создания компонентов информационных систем и нейросетевых технологий, не рассматриваются материалы и методы получения оптических волноводных структур, а также возможность отхода от традиционных технологий интегральной оптики, связанных с условиями вакуума и высоких температур.

Таким образом, актуальность конструктивно-технологических исследований в области создания многослойных структур, включающих БР-содержащие полимерные пленки, для развитая информационных систем нового поколения на основе элементной базы пано- и биомолекулярной электроники вполне очевидна.

Цель работы

Целью настоящей работы является разработка, получение и исследование многослойных структур, включающих .слои на основе БР, пригодных для формирования компонентов информационных систем и нейросетевых технологий.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

- выбор базового процесса (с учетом взаимного влияния световых потоков и БР-содержащих сред, обусловленного светозависимым изменением показателя поглощения) для формирования устройств нейросетевой обработки информации; разработка способа построения формального нейрона на основе выбранного базового процесса;

- разработка конструкций многослойных структур, содержащих слои на основе БР, светоотражающие и волноводные слои (включая волноводиые слои с дифракционными решетками, предназначенными для ввода и вывода оптического излучения в многослойную структуру);

- разработка технологии получения прозрачных, оптически однородных суспензий БР и БР-содержащих полимерных пленок с заданными геометрическими характеристиками, оптической плотностью и динамическими сюйсгвами;

- подбор материалов и разработка технологии для создания волноводных и светоотражающих слоев;

- изучение фазового состава, строения фаз и физических свойств (электропроводность, статическая диэлектрическая проницаемость, показатель преломления и др.) БР-содержащих полимерных пленок;

- исследование влияния введенной примеси металлов (Си, Ва и РЬ) на строение и свойства БР-содержащих полимерных пленок;,. ¡. ■ ,,.:

-разработка технологии формирования многослойных структур, обеспечивающей совместимость волноводных и БР-содержащих слоев;

- изготовление и испытание БР-содержащих полимерных пленок и многослойных структур на их основе.

Научная новизна:

1. Теоретически обоснована и экспериментально проверена возможность формирования оптически прозрачных БР-содержащих полимерных пленок с высокой концентрацией БР.

2. Предложен метод изготовления многослойных структур, включающих слои на основе БР, д ля компонентов информационных систем л нейросетгвых технологий,

3. Экспериментально показана возможность . получения многослойных структур, включающих слои на основе БР, волноводные и светоотражающие слои.

4. Определены функциональные характеристики БР-содержащих полимерных пленок в многослойных структурах. Исследованы изменения функциональных характеристик БР-содержащих полимерных пленок в многослойных структурах в зависимости от параметров технологического процесса.

5. Предложен способ построения формальных нейронов и осуществления нейросегевых операций в БР-содержащих средах оптическим способом.

6. Исследовано влияние длительного воздействия лазерного излучения и совместного воздействия лазерного ■ излучения . и нагрева на параметры БР-содержащих пленок в многослойных структурах. ■ -.

7:Установлено распределение примесей металлов между фазами в БР-содержащих полимерных пленках. ,

8. Проведены теоретические и экспериментальные оценки ресурса,БР-содержащих полимерных пленок многослойных структур при различных условиях эксплуатации.

Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается использованием современных оптико-физических и химико-технологических методов исследований, применением метрологически аттестованной аппаратуры и

приборов, анализом и учетом возможных источников погрешностей и статистической обработкой результатов измерений.

Представленные' в диссертации исследования выполнены в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО Центральный научно-исследовательский технологический институт «ТЕХНОМАШ», по Госбюджетной теме НИОКР «Образ» (Департамент промышленности средств связи Минэкономики), а также договору № 4-980-97 с ОАО «НПО Энергомаш им. академика В.П.Глушко» (Российское авиационно-космическое агентство, г.Химки Московской обл.), договору №132 с ООО «Спартан» (г. Дмитров Московской обл.) и др.

На защиту выносятся:

1. Конструктивно-технологические решения по формированию многослойных структур, включающих слои на основе БР для компонентов информационных систем и нейросетевых технологий.

2. Результаты экспериментальных исследований характеристик БР-содержащих полимерных пленок в многослойных структурах в зависимости от параметров технологического процесса.

3. Результаты испытаний БР-содержащих полимерных пленок в многослойных структурах и оценка их ресурса при различных условиях эксплуатации.

Практическая ценность работы

Разработана технология получения прозрачных оптически однородных БР-содержащих полимерных плёнок с заданными геометрическими характеристиками, оптической плотностью и динамическими фотохромными свойствами. Разработанная технология и полученные по этой технологии БР-содержащие полимерные пленки могут быть использованы на предприятиях, специализирующихся в области создания информационных систем для преобразования оптической информации,' в частности, в качестве реверсивной голографической среды в устройствах записи и отображения информации, интерферометрии и др.

Разработана технология получения многослойных структур, содержащих слои на основе БР,' волноводные и светоотражающие слои. Конструктивно-технологические решения по получению многослойных структур на основе БР-содержащих'полимерных пленок и изготовленные многослойные структуры могут быть использованы для формирования устройств нейросетевых информационных технологий, для пространственно-временной фильтрации, а также,' в устройствах протезирования фрагментов нервных тканей, в том числе сетчатки глаза.

Внедрение результатов работы

Материалы диссертационной работы используются в следующих ор^эдизацвдх:

¡.Войсковая часть 08317 — использованы многослойные структуры, включающие фотохромные БР-содержащие полимерные пленки, планарные волноводы и элементы интегральной оптики (дифракционные решетки, формируемые в плоских волноводах), для осуществления контролируемого распределения световых потоков (локализация, плотность мощности, направление и угол) в БР-содержащих слоях для формирования нейроподобных структур и осуществления связей между ними. Созданные компоненты информационных систем реализованы в оптическом, процессоре для предварительной обработки видовой информации (сегментации изображений) космической системы «Обзор». При испытаниях и управлении объектом 17Ф118-0 увеличена оперативность на 20—30% при подготовке информации для принятия решений. Многослойные структуры, включающие БР-содержащие полимерные пленки, показали свою эффективность при работе с системой АНИУК-Э.

2. ОАО «НПО Энергомаш им. академика В.П.Глушко» (г. Химки Московской обл.)— использована многослойная структура (ФТЯИ.203 591.001), включающая БР-содержащие полимерные пленки, планарные' волноводы и элементы интегральной оптики, для экспериментов по отработке решения задачи предварительной обработки и сжатия информации в составе макетного стенда компонентов Мюгофункпиональной космической телекоммуникационной системы «Росгелесат».

3. ООО «Механика Сплошных Сред (МСС)» (г. Королев Московской обл.) — использованы материалы для формирования оптических элементов и БР-содержащих полимерных пленок, а также технология получения многослойных структур, включающих БР-содержащие полимерные пйенки.'прй выполнёнии работ по проекту № 474-98 «Голографическая дисдрометрия» Международного Научно-Технического Центра, для разработки образцовых метрологических средств голографической дисдрометрии. Изготовленные оптические структуры использованы в качестве образцовых средств для метрологической аттестации топографического и лазерных дисдрометров.

4. Научно-исследовательский институт Мозга РАМН, лаборатория нейрокибернетики (г. Москва) — ' использованы многослойные ■ структуры, включающие слои на основе : БР, для исследований опосредованного взаимодействия световых потоков в среде БР' и формирования динамических оптических структур в многослойной БР-содержащей системе . с целью моделирования процессов в сетчатке зрительного анализатора. Полученные данные позволили уточнить представления о процессах формирования рецептивных полёй в сетчатке и определить способы создания искусственной сетчатки на основе БР.1 •

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на Международной конференции по нанотехнологии, Москва (1993); Всероссийской научно-практической конференции «Новые высокие технологии и проблемы реконструкции управления и приватизации предприятий», Екатеринбург (1995); б Конгрессе «Информационные технологий, системы, коммуникации и сети», Москва (1995); 1 Научно-практической конференции «Высокие технологии производства радиоэлектронной аппаратуры», Москва (1996); Международном симпозиуме «Информационная оптика. Научные основы и технология», Москва (1997); 3—б Всероссийских конференциях «Нейрокомпьютеры и их применение», Москва (1997, 1998, 1999, 2000); 5 и 6 Международных конференциях «Высокие технологии в промышленности России», Москва (1999, 2000); 1 и 2 Всероссийских научных конференциях «Молекулярная физика неравновесных систем», Иваново (1999, 2000); Научной конференции «Механизмы структурной, функциональной и нейрохимической пластичности мозга», Москва (1999); Конференции «Новое в изучении пластичности мозга», Москва (2000); XLIX Научно-технической конференции МИРЭА, Москва (2000); XXX Всероссийском совещании по проблемам высшей нервной деятельности, С.-Петербург (2000); X и XI Международных симпозиумах «Тонкие пленки в электронике»: Ярославль (1999), Йошкар-Ола (2000).

Публикации

По теме диссертации опубликованы 21 печатная работа (16 статей и 5 тезисов докладов) и 5 отчетов по НИОКР, получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации ' •

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 119 наименований и приложений. Работа содержит 179 страниц основного текста, в котором имеется 14 таблиц и 76 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность разработки технологии создания многослойных структур, включающих слои на основе БР, для компонентов информационных систем и нейросетевых технологий; формулируются цель работы и задачи, решаемые для достижения поставленной цели; перечислены основные научные результаты, выносимые на защиту, показаны научная новизна исследования и его практическая ценность; представлены результаты внедрения разработанных материалов для формирования оптических элементов и БР-содержащих полимерных пленок, а также технология получения БР-содержащих

полимерных пленок и многослойных структур на их основе для создания информационных систем.

В первой главе рассмотрены устройства для нейросетевой обработки -информации на основе микро- и оптоэлектронной элементной базы, а также оптические нейрокомпьютеры и койотруктивно-технологические .решения в области биомолекулярной и гибридной электроники.

Проведен анализ свойств БР (спектральные характеристики, свегозависимый перенос протона, фотоцикл и др.). Представлены изготовленные и теоретически построенные конструкции с применением БРдля создания компонентов информационных систем.

Рассмотрены основные БР-содержащие среды (суспензии, гели, твердые слои и др.) и способы их формирования (метод Ленгмюра—Блоджетт, центрифугирование, полив, электрофоретичесхое осаждение и др.). Анализ рассмотренных БР-содержащих сред и способов их формирования показал, что наиболее технологичными, с точки зрения получения твердых слоев, отвечающих требованиям стабильности, долговечности, управляемости оптическими и динамическими характеристиками, являются методы центрифугирования и полива, дающие возможность формирования пленок на основе полимерных матриц. Для различных водорастворимых полимеров (поливиниловый спирт, полиакриламид, желатина и др.) рассмотрены совместимость с БР и другими фазами (соли различных металлов), а также возможность воздействовать на оптические параметры БР-содержащих полимерных пленок.

Показана необходимость решения проблемы получения прозрачных в видимом диапазоне и оптически однородных БР-содержащих полимерных пленок. На основе результатов аналитического обзора обосновываются: оптимальность многослойной структуры, включающей слои на основе БР, волноводные и светоотражающие слои, для изготовления компонентов информационных систем и нейросетевых технологий; целесообразность использования желатины в качестве полимерной матрицы для БР. Представлены схема этапов работы для достижения поставленной цели и последовательность'их выполнения.

Во второй главе рассмотрены многослойные структуры,, включающие слои на основе БР, д ля осуществления базовых процессов нейросетевой обработки информации.

Базовый процесс в БР-содержащих средах. Нейросетевая обработка информации на основе выбранного■ базового процесса. Базовый процесс в БР связан с изменением концентрации поглощающих центров БР- (максимум поглощения на длине волны Я = 570 нм (БР570)) в результате их взаимодействия с квантами света и переходом БР570 в форму М412 (максимум поглощения на длине волны Я. = 412 нм). Это г базовый процесс может быть использован (рис. 1) дАя создания формальных нейронов и выполнения основных нейросетевых операций в

среде БР: взвешивание вектора входных сигналов в соответствии с матрицей весовых коэффициентов синашических связей, сложение взвешенных значений входных сигналов, формирование выходного сигнала в соответствии с активационной функцией.

Рис. 1. Устройство нейронной сети на основе базового процесса: 1,6 — плоские волноводы, включающие дифракционные решетки ввода и вывода излучения; 2, 4, 7 —БР-содержащие слои (фотоприемный, слой весовых коэффициентов и слой нейронов), 3,5 — цилиндрические линзы.

Рис. 2. Пропускание (Рвих/Рм) БР-содержа-щего слоя в зависимости от энергии воздействующего излучения (Р,х).

Световой поток (входной вектор), воздействует на БР-содержащий слой 2 и создает в нем фотоиндуцированное распределение измененного показателя поглощения. Волновод 1 формирует световой фронт, который модулируется по интенсивности в соответствии с распределением показателя поглощения БР-слоя 2 и посредством линзы 3 распределяется на поверхности БР-слоя 4 (слоя весовых коэффициентов, в данном случае, коэффициентов пропускания соответствующих участков БР-слоя). Взвешенные компоненты входного вектора формируются линзой 5 в световой поток, поступающий на входы нейронов БР-слоя 7. Функция сложения входных сигналов осуществляется как результат совместного воздействия на один и тот же участок слоя 7 световой энергии соответствующих взвешенных ■ компонент входного вектора и изменения пропускания этого участка согласно зависимости нелинейной активационной функции нейрона от суммы взвешенных входов (рис. 2).

Формирование выходного сигнала нейрона осуществляется активирующим световым фронтом, создаваемым в волноводе б. Значение выходного сигнала определится как доля энергии активирующего фронта, прошедшая через соответствующий участок БР-слоя 7. Выходные сигналы нейронов БР-слоя 7 образуют непрерывный световой фронт. Обучение системы, заключающееся в формировании весовых коэффициентов (коэффициентов пропускания БР-слоя 4), может быть достигнуто оптически —методом обратного распространения. V

Разработка многослойных структур на основе БР-содержащих сред для формирования устройств нейросетевой обработки информации. Для практического исполнения устройств на основе базового процесса предложены многослойные структуры, включающие БР-содержащие полимерные слои. Многослойные структуры (рис. 3) включают в себя систему плоских одномодовых

волноводов, элементы ввода оптического излучения в виде дифракционных решеток, устройство формирования поверхностного светового фронта, модуляторы

Рис. 3. Фрагмент многослойной структуры: 1 — подложка (стекло К-8); 2, 10 — слои, содержащие БР, 3, 5 — граничные слои плоского волновода, 4

— направляющий слой плоского волновода, б — зона ввода излучения; 7 — адгезионный слой; 8 — вводимое излучение; 9

— выводимое излучение; 11 —; дифракционная решетка вывода излучения; 12 — дифракционная решетка ввода излучения; Ь — длина дифракционной решетки вывода излучения.

Для конструирования многослойных структур, обеспечивающих оптические режимы преобразования информации, решалась задача согласования показателей преломления различных слоев.

Устройство формирования поверхностного светового фронта (рис. 4) представляет собой одномодовый волновод с дифракционными решетками ввода и вывода излучения и предназначено для распределения световой энергии в БР-содержащих полимерных пленках с целью инициирования массовых процессов параллельного формирования и взаимодействия нейронов.

Варьируя период, глубину, длину дифракционных решеток, можно контролировать угол вывода излучения (табл. 1), а также распределение интенсивности излучения вдоль выводимого в БР-содержащую среду поверхностного светового фронта (табл. 2), активируя при этом соответствующие группы нейронов.

Таблица 1

Угол выхода излучения в зависимости от периода решетки

Л, мхм 0,2090 0,2102 0,2245 0,2454 0,2793 0,4188 0,8370 1,528 3,113 57,53 632,8

в2> град ПВО •90,0 -60,6 -45,4 -30,2 0 30,2 45,4 60,6 90,0 ПВО

в,, град -90,0 -83,4 -60,0 -45,0 -30,0 0 30,0 45,0 60,0 83,4 90,0

Таблица 2

Распределение интенсивности излучения вдоль выводимого из решетки волнового фронта

X 0,1 X 0,2 Ь 0,4 X 0,8-1, 1-Ь 2-Ь 41

А{х) 0,905 0,819 0,670 0,449 0,368 0,135 0,018

1(х) 0,095 0,181 0,330 0,551 0,632 0,865 0,982

В табл. 2: Ь — эффективная длина решетки (длина решетки, на которой интенсивность выводимого из волновода излучения падает в е раз); х — координата

интенсивности поверхностного светового фронта.

, решетки в долях Ь (от х = 0 до х «>); А(л-) — ампли худмое значение интенсивности в точке х, нормированное на Атач; 1(х)— интегральное значение интенсивности, выведенное из решетки длиной х, нормированное на I (х.-> <»). ,

Проведена оценка' зависимых от коэффициента преломления параметров одномодового волновода (толщина) и дифракционной решетки (период и глубина). Значения периодов решетки для разных углов ввода-вывода излучения (9) получены по формуле: этЭ^ = (п —Муп^, где п" — эффективный показатель преломления; N = /УЛ — отношение длины световой волны (к) в вакууме к периоду решетки (Л); п,.2— показатели преломления нижнего и верхнего слоев волновода соответственно (табл. 1). Исходные данные: Х = 0,6328 мкм, по= 1,520, П) = 1,510, гъ= 1,500. В таблице обведены оптимальные значения.1 Значения а и допустимые толщины волновода Ь определялись га решения волноводного дисперсионного уравнения:

к Ь ч'(по2 — п'2) = я(ш — 1) + агс^\'(п'2 — щ2)/(пи2 — п*2) + аг^\'(п'2 — п;2У(п02 — п*2), где к = 2л/?. — проекция волнового вектора на ось, совпадающую с направлением распространения света в волноводе; я = 3,14; ш = 1,2,... — модовое число волновода.

Для симметричного одномодового волновода (п[ = п2) в предположении П| = П2 = 1,51 и 1,52 <по < 1,55 получено, что при использовании фотополимеров с п0= 1,540 и П1д= 1,510 критическое значение толщины, одномодового волновода Ькр= 1,1 мкм.

Модулятор интенсивности поверхностного светового фронта (рис.5), включающий светоотражающие слои, осуществляет преобразование поверхностного светового фронта для установления начальных состояний распределенных параметров нейронов в БР-содержащих полимерных пленках и поддержания локальных обратных связей. Создаваемые модулятором световые потоки проходят через дифракционные решетки других слоев. Такое решение позволяет уменьшить расстояние между волноводными слоями до 10 мкм. Расчеты показывают, что в пределах углов, под которыми излучение проходит через дифракционную решетку (в = 2—60°), отражением от дифракционных решеток можно пренебречь (<2%), если эти утлы на >10°огличаются от резонансных.

Проведена оценка перераспределения световой энергии, обусловленного дифракционной расходимостью, для опреДелеьШ расстояний, на которых возможно осуществление взаимодействия между БР-содержащими полимерными слоями без значительного искажения картины распределения интенсивности вдоль светового фронта. Дифракционной расходимостью можно пренебречь на расстояниях <25 мкм, если размер зеркал >2 мкм и они отстоят друг от друга на >2 мкм.

h / /

W ,/ш.

lo lo

Офщlízrzz]

\ \

\ U U

Ъ 3o lo lo 3o

Рис. 4. Устройство формирования

поверхностного светового фронта' 0ь ©2— углы вывода излучения; Л — период дифракционной решетки; по, пь П2 — показатели преломления слоев.

X = 630 нм

Рис. 5. Модуляторы интенсивности поверхностного светового фронта: X — длина волны излучения; 10 — интенсивность излучения.

Требования к параметрам БР-содержащих полимерных пленок по

формированию и взаимодействию нейронов' определены методом программно-математического моделирования. ■ ;

БР-содержащие полимерные пленки предназначены для формирования нейронов путем изменения поглощения этих пленок воздействием 'на них модулированных световых потоков. Разработанная программно-математическая модель позволяет реконструировать изменения распределения показателя поглощения пленок на основе БР и модуляции интенсивности световых фронтов (при многократном последовательном или совместном прохождении световых фронтов через БР-содержащие среды) для пленок, полученных из суспензий; пленок, полученных методом Ленгмюра—Блоджетт (моно- и многослойных);' а также полимерных БР-содержащих пленок.

В модели использовано упрощенное балансное уравнение для скорости изменения концентрации молекул в форме БР570 (СБР57о) и форме М412 (Смш):

dCM412/dt = 5Бр570 (A.)A!MBX(t)CEp57o — бМ412(^)А2М bx(í)Cm4I2 (1/т)См412> где &БР570 и 6м412 — сечения взаимодействия молекул БР570 и М412 на длине волны, соответствующей импульсу света; Аь Аг — квантовые выходы переходов БР570 М412 и М412 БР570; Мах— плотность потока фотонов; х — время жизни М412.

^Предполагается, что СБР57о + СМ1]2= С — общая концентрация молекул БР, принимающих участие в фотоцикле.

В модели использовались значения сечения взаимодействия: излучение при Х = 570ш дляБР570—2,322-Ю"2 нм2; излучениецриЛ = 412 нм дляБР570 — 1,61710'2 нм2, для М412-0.291102 нм2; излучение-при А= 630 нм для БР570 — 0,44-Ю2 нм2. Квантовые выхода переходов БР570 -> М412 и М412 -> ЕР570 приняты равными 0,3.

Период релаксации М412: а) для пленок БР, полученных из суспензш высушиванием при 20°С и влажности 60%, составляет >10 мс; б) для пленок I размещением БР в желатине — 5—10 с; в) для пленок с размещением БР ) полимеризованном поливиниловом спирте — 10—20 с.

В результате конструирования многослойной структуры и программно математических компьютерных исследований / определены требования к БР содержащим полимерным пленкам. Оптическая плотность пленок должна лежать I пределах 0,8—1,3 О при толщине БР-содержащих полимерных пленок 6—14 мкм В этом случае изменение поглощения-пропускания составляет 10—50% о: первоначального значения при воздействии световых потоков с плотностьк энергии 10—100 мВт/см2и длительностью 0,1—10с.

В третьей главе рассмотрены процесс изготовления многослойных структур включающих БР-содержагцие полимерные слои, влияние параметров технологическогс процесса на строение и свойства БР-содержащих полимерных пленок.

Получение оптически однородных прозрачных БР-содержащих полимерных пленок. Подготовка суспензий БР для изготовления БР-содержащих полимерных пленок включает: трехкратную очистку центрифугированием (3000 об/мин, по 5 мин), ультразвуковую обработку (температура суспензии <36°С. время обработки 30—40 мин). Исследования показали, что при рН <4,1 молекулы БР агрегируют и оптическая прозрачность суспензий не достигается. Установлено, что ультразвуковое воздействие, ведет к повышению рН суспензии на 0,2—0,4. Управление параметром рН осуществлялось путем введения буферного 0,01 М раствора ^В^-ЮНгО с рН=9,18. В результате перечисленных операций получены оптически прозрачные суспензии с концентрацией БР до 15 мг/мл.

Размер частиц влияющий на рассеяние в суспензиях, был оценен с помощью измерения доли рассеянного ЛеИе-лазерного излучения при прохождении через кювету е.,суспензией ,с концентрацией молекул БР 3,51016 см~3. Концентрация БР рассчитывалась , по результатам измерения оптической плотности (спектрофотометр СФ-10) и значению коэффициента экстинкции БР 63000 л/моль-см на длине волны 570 нм. Диэлектрическая проницаемость БР ~ 40±3, необходимая для расчета размера частиц определялась сравнением рассеяния излучения в водной суспензии БР и в суспензии БР на основе смеси воды и глицерина. Рассчитанное по формуле Рэлея характерное значение диаметра частиц лежит в пределах 6,7—6,8 нм (в исходной суспензии 500—1000 н м). Учет несферичности рассеивающих частиц приводи г к

значению наибольшего их размера 8,7+0,5 нм, которое соответствует минимальному комплексу белков БР. Таким образом, применяемые условия обработки суспензий не разрушают белок БР и обеспечивают оптическое разрешение полученной БР-содержащей среды >5000 линий на миллиметр.

Следующим этапом является приготовление БР-содержащей полимерной смеси, включающее добавление в 5% водный раствор желатины подготовленной суспензии БР. Следует учитывать, что при температурах <32°С БР агрегирует на молекулах полимера. Прозрачные и оптически однородные полимерные смеси получены при температуре смешивания 34—35°С и итоговом значении показателя рН смеси суспензии БР и раствора полимера >4,1.

После смешивания желатины и БР-содержащей суспензии для введения примесей металлов добавляются водные растворы солей с требуемой концентрацией металлов. В настоящей работе для получения БР-содержащих полимерных пленок с примесями Си, Ва и РЬ использовались соли СиС12, ВаС12 и РЬ(СН3С00)г-ЗН20.

БР-содержащие полимерные пленки формируются поливом полимерной смеси при температуре 34—35°С на подложку, нагретую до 35—36°С. Подложки с нанесенным БР-содержащим слоем помещаются горизонтально .в термостат и выдерживаются при температуре <28°С и влажности <50% в течении ~Ю часов.

Экспериментально установлено, что введение в полимерную смесь в качестве пластификатора этияенгликоля в соотношении 0,025 мл на каждые 100 мг сухого веса желатины существенно снижает поверхностное натяжение и миграцию БР по объему пленки. Это увеличивает прочность, пластичность и адгезию БР-содержащих пленок и не приводит к увеличению шероховатости поверхности.

Для согласования показателей преломления различных слоев измерялись показатели преломления БР, желатины и полимерных БР-содержащих пленок. Исследуемые пленки формировались методом полива непосредственно на поверхности измерительной призмы рефрактометра (ИРФ-454Б) при температуре 22°С ■ и относительной влажности 60%. Пленки БР толщиной 20±5 мкм формировалась высушиванием из водной суспензии с концентрацией 15—20 мг/мл. Для белого света получено значение п = 1,534+0,002. Показатель преломления желатиновых пленок составил 1,543+0,001. Значения п БР-содержащей желатиновой пленки толщиной 50±10мкм лежали в. пределах 1,539—1,542 в зависимости от концентрации БР.

Получены прозрачные и оптически однородные БР-содержащие полимерные пленки (толщиной 6—14 мкм с оптической плотностью 0,8—1,3 Б на X = 570 нм) на подложках из стекла К-8 и плавленого кварца на площади до 60x48 мм2, а также на Б^пластинах диаметром 76 мм. Установлено, что характерное отклонение толщины

от среднего значения получаемых по разработанной технологии БР-содержащих полимерных пленок менее 50 нм на длине 10 мм (<1% при толщине пленки >5 мкм). Отклонение от среднего значения по распределению объемной концентрации БР не превышает 3%.

Изготовление волноводных слоев. Для получения центрального слоя волновода использовался фотополимер ФП-1 с п=1,55 — на основе эпоксиакрилатов с добавлением моноэтиленгликольметакрилата или стирола и фотоинициирующего вещества (2,2-диметоксин-2-финилацетофенона). В качестве разбавителя, необходимого для регулирования вязкости раствора, использовались бутанол или этилцеллозольв. Для получения граничных слоев применялись фотополимер ФП-2 с п = 1,50 на основе олигокарбонатметакрилатов с добавлением изобутилового эфира и фотоинициирующего вещества.

Центральные слои волноводов, направляющих излучение, изготавливались методом центрифугирования ((4—12)'103 об/мин, 22—24°С), обеспечивающим необходимые толщины 0,5—1,2 мкм для выполнения требования одномодовости волновода. Экспериментально установленная экспозиция УФ-излучения, необходимая для отверждения одного слоя фотополимера, составляет 0,7 мДж/см2.

Изготовление дифракционных решеток ввода и вывода излучения. Дифракционные решетки с шагом 0,4—0,8 мкм, глубиной порядка 0,3 мкм и формой^ близкой к синусоидальной, изготавливались на стекле К-8, прозрачном для УФ-излучения, интерференционным методом с использованием фотолитографии. Дифракционные решетки в фотополимерном слое формировались прижимом подготовленного стеклянного шаблона к слою неотвержденного фотополимера ФП-2 Я 'экспонированием в УФ-излучении. Полученная на фотополимере ФП-2 Дифракционная решетка покрывалась слоем фотополимера ФП-1 толщиной 0,5— 1,2 мкм, являющимся центральным слоем волновода. Необходимые толщины ' верхних граничных слоев (5—7 мкм) ФП-2 получены при усилиях прижима стекла 1—100 г/см2.

Аи-зеркала (диаметром >2 мкм) отражающего слоя изготавливались фотолитографией методом контактной печати из Аи-пленок, сформированных ВЧ-магнетронным распылением Аи-мишени в Ат-плазме или вакуумным испарением Аи. Погрешность геометрических размеров Аи-зеркал менее 0,2 мкм.

Изготовление многослойных структур. Для повышения адгезии между слоями фотополимеров и БР-содержащей пленкой формируется слой на основе поливинилбутираля в этилцеллозольве. Указанный адгезионный слой выполняет также и защитные функции. Незащищенная БР-содержащая пленка разрушается при длительном (>20 мин) воздействии температуры >40°С, а защищенная — сохраняет свои строение и свойства при нагревании до 70°С и способна восстанавливать

свойства после натрева до 90°С. Толщина адгезионного слоя составляет -0,4 мкм. Пленка наносится поверх БР-содержащего слоя на центрифуге при 8000 об/мин и затем отверждается (50°С, 10 мин).

Установлено, что воздействие на БР-содержащую полимерную пленку экспозиции УФ-излучения >3 Дж/см2 ведет к снижению чувствительности >10%. Снижение экспозиции УФ-нзлучения в процессе изготовления многослойной структуры достигается частичной полимеризацией слоев. Экспозиция УФ-излучения, необходимая для полного отверждения, накапливается по мере полимеризации надстраиваемых слоев. Таким образом суммарная экспозиция УФ-излучения, необходимая для формирования трех полимерных слоев плоского волновода, можег быть снижена до ~1,5 Дж/см".

Строение БР-содержащчх полимерных пленок. Исследовались БР-содержащие полимерные пленки, сформированные на подложках из стекла К-8 при различных параметрах. Установлено, что строение поверхности БР-содержащих полимерных пленок (растровый электронный микроскоп HITACHI S-405A), зависит от условий получения. В зависимости от показателя рН поверхность является либо гладкой (рис. 6, а), либо имеет точечные (100—300 им) и прямолинейные (протяженность 400—1000 нм при ширине 100—200 нм) выступы (рис. 6, б, в). На элементах рельефа обнаружена огранка (рис. 6, б).

Рис. 6. Строение поверхности БР-содержащей полимерной пленки, сформированной из полимерной смеси: а) рН 4,2,—4.5; б) рН = 3,8—4,0 (на врезке представлен ■* ' увеличенный фрагмент поверхности); в) рН = 3,5—3,7.

Шероховатость поверхности (перепад высот рельефа пленки, с размером

частиц БР-фазы <10 нм составляет Л.г= 0,1 мкм, при размере частиц БР-фазы -100—

1000 нм 0,6—3,8 мкм. Анализ пленок толщиной 20 .мкм, содержащих БР-фазу с

огранкой, методом рентгеновской дифрактометрии (рентгеновский дифрактометр ДРОН-2,0), показал отсутствие кристаллических фаз. Методом элеетронно-зондового спектрального микроанализа (установка САМЕВАХ) в БР-содержащих полимерных пленках определены введенные Си, Ва н РЬ в количестве 0,1—1,82вес.%. Методами электронно-зондового спектрального микроанализа, оже-электронной спеюроскопии (оже-электронный микроанализатор установки ВЯ-ЗЗО) и инверсионной вольтамперометрии (вольтамперометрическая система СВА 1БМ, применялась методика контролируемого селективного растворения фаз пленки) установлено распределение примесей металлов между фазами пленки. Отношение концентраций РЬ в желатине и БР в зависимости от условий формирования пленки составляло ~1,15; Ва — 1,67—6,3 и Си — 2,1—4,8.

Электропроводность. Исследована температурная зависимость (20—140°С) электропроводности, а также получены вольт-амперные характеристики БР-содержащих полимерных пленок, в том числе с примесями Си, Ва и РЬ (Си — 0,1—0,8 вес.%, Ва — 0,20—1,62 вес.% и РЬ — 1,25—1,82 вес.%). Измерялось сопротивление БР-содержащих полимерных пленок толщиной ~10мкм, расположенных между контактной площадкой ЬБпОх и слоистой подложкой стекло/1п8пОх. Конгакгаые площадки (пленки ЬтБпО,) получены методом ВЧ-магнетронного распыления сплава 1п—Бп в АгЮг-газовой смеси. Рассчитанные значения удельного сопротивления р всех исследованных БР-содержащих полимерных пленок лежат в пределах (0,4—1,2)-ЮбОм-м (рис. 7). С повышением температуры р падает со средним температурным коэффициентом р = (1/р)-с1р/ёТ равным -5ТО'3 град"1, что характерно для ионной проводимости. Введение в БР-содержашую кленку Си и РЬ в концентрации 0,12 и 1,36 вес.% соответственно, не меняет вида кривых

р(Т) (рис. 7, БР(Си) и БР(РЬ)).

р-10 5 Ом-м

1,мА

Ц, В х.

50

90 130

О 25 50 75

Рис. 8. Вольт-амперные характеристики БР-содержащих полимерных пленок.

Рис. 7. Зависимость удельного сопротивления БР-содержащих полимерных пленок от температуры.

Зависимость 1(11) (рис. 8) имеет отклонение от омического закона, обнаруживается нелинейный рост и перегиб на начальном (~5 В) участке. При напряжениях >60 В наблюдается резкое увеличение скорости роста проводимости, обусловленное тепловым пробоем, сопровождающимся разрушением пленки.

Влияние технологических факторов на оптические свойства БР-содержащих полимерных пленок. Исследовано изменение пропускания (рис. 9, а) и чувствительности (рис. 9, б) БР-содержащих полимерных пленок при нагревании. Нагретая в термостате до (25—95) ±0,5°С БР-содержащая полимерная пленка подвергалась воздействию (0,25—20 с) излучения НеКе-лазера с плотностью мощности Р = 300 мВт/см2. Установлено, что при нагревании пропускание образцов изменяется: при А.= 5б5нм увеличивается >20%, а при Х.= 410нм уменьшается почти на 10% при температуре 95°С. Чувствительность БР уменьшается на обеих длинах волн почти в 5 раз, причем на длине волны 565 нм — быстрее.

Рис. 9. Обратимые изменения БР-содержащих полимерных пленок под действием температуры: а) пропускание; 6) чувствительность- . : : •

Восстановление чувствительности и пропускания БР-содержащих полимерных пленок после длительного нагревания. Предварительно осуществлялась оценка чувствительности образцов на длине волнь! 570 нм при воздействии излучения НеЫе-лазера с Р ~ 200 мВт/см2. БР-еодержащие полимерные пленки выдерживались при температуре 60—80°С в течение 30 мин, а затем охлаждались до 22°С. В начальный момент после нагрева наблюдалось падение чувствительности, а затем, по мере остывания и 30-минутной выдержке — полное восстановление свойств БР. Необратимое уменьшение чувствительности начиналось при 90°С. После 30-минутной выдержки при 130°С и охлаждения до 22°С чувствительность БР-содержащих пленок составила 50%, а после 30 минут при 140°С — 15% от начальной.

Изменение поглощения и чувствительности БР-содержащих полимерных пленок после воздействия УФ-излучения (рис. 10). В процессе изготовления многослойных структур БР-содержащие полимерные пленки подвергаются действию интенсивного УФ-излучения. Определена максимально допустимая экспозиция, при которой необратимые изменения в БР не приводят к существенному уменьшению чувствительности.

Отн.ед 1

Рис. 10.

Необратимые

Экспозиция УФ.

изменения поглощения (Т) и чувствительности БР-

содержащих полимерных пленок под действием УФ-излучения

1 ю юо юоо Дж/см Установлено, что совместное воздействие температуры и УФ-излучения ускоряет процесс 'разрушения БР. Для устранения теплового нагрева пленок БР применялись теплоотводящий подяожкодержатель и светофильтр УФС5 толщиной 5 мм. Результаты испытаний показали, что при экспозиции УФ-излучения 20 Дж/см2 чувствительность БР-содержащих полимерных пленок при Х= 565 нм падает по сравнению с необлученными пленками в 1,6 раза, а при экспозиции 200 Дж/см2 — более чем в 2,5 раза. После получения пленкой экспозиции УФ-излучения -600 Дж/см2, ее поглощение упало в 3 раза, а чувствительность — в 10 раз. Предельно допустимой экспозицией УФ-излучения следует считать, по-видимому, 10 Дж/см2, при которой уменьшение чувствительности составляет -20%.

В четвертой главе представлены • функциональные характеристики полимерных БР-содержаЩих пленок, результаты испытаний БР-содержащих пленок в многослойных структурах и оценка их ресурса.

Определение функциональных характеристик БР-содержащих полимерных пленок при нормальных условиях эксплуатации. Исследована рабочая " область плотности мощности излучения. Установлен порог чувствительности-БР-содержащих полимерных пленок 0,1 мВт/см2. Максимальная использованная плотность мощности Р = 400 мВт/см2 приводила к нагреву образцов на 3—4°С за время измерения (5—6 с). При Р=-100 мВт/см5 пропускание БР при Х= 570 и 610 нм увеличивается в 4,5 и 3 раза соответственно, а при А. ~ 410 нм — уменьшается в 2,5 раза по сравнению с пропусканием необлученного БР. Рабочей областью следует выбрать значения Р от 1 до 100 мВт/см2.

Исследованы временные характеристики изменения пропускания тестирующего излучения (приХ.=370—610 нм) БР-содержащами полимерными пленками при включении

и выключении излучения НеЫе-лазера (Р~ 100 мВт/см2). Длительность освещения определялась оптическим затвором и менялась от 0,25 до 50 с.

В спектральной области 370—450 нм при действии излучения лазера увеличивалось поглощение тестирующего излучения (максимально — вблизи 410 нм); в области 455—460 нм изменений не наблюдалось; в области 460—610 нм увеличивалось пропускание тестирующего излучения (наиболее сильно вблизи 570 нм). В кривых фотоотклика наблюдаются фазы быстрого (десятые доли секунды) и медленного (десятки секунд) роста (и спада) пропускания. В течение первых 1—2 с происходят 80% изменений от максимального значения. Почти на всех длинах волн наблюдается задержка (<0,75 с) момента начала спада отклика после окончания действия излучения.

Проведена оценка изменения контраста амплитудной картины светового фронта и просветления БР-содержащих полимерных пленок. Установлена зависимость пропускания пленок на длине волны 632,8 нм от плотности мощности Р проходящего через образец излучения. Наблюдается рост пропускания с увеличением Р лазерного излучения и просветление пленок. Из этой зависимости следует возможность увеличения контраста амплитудной картины светового фронта, создаваемой на поверхности БР-содержащей полимерной пленки. Действительно, в рабочей области контраст у определяется соотношением I) и 12 интенсивности света в двух разных участках на поверхности БР-содержащей среды:

т=1а1—щ^+ад

После прохождения световым фронтом БР-содержащей пленки контраст изменяется от исходного 0,82 (для Ь = 100 мВт/см2 и 12= 10 мВт/см2) до 0,84.

Результаты испытаний БР-содержащих полимерных пленок в многослойных структурах. Исследовались совместное воздействие УФ-излучения и излучения НеЫе-лазера на БР-содержащие полимерные пленки. Облучению подвергались образцы, имевшие начальное пропускание ~20% при А.= 565нм. В экспериментах по совместному воздействию излучений использовались источник УФ-излучения с Р ~ 6 мВт/см2 в спектральном диапазоне 310—390 нм и НеИе-лазер непрерывного действия с плотностью мощности, постоянной в течение одного эксперимента и составляющей 50, 100, 200, 300 и 600 мВт/см2. Экспозиция УФ-излучения была всегда одинаковой — ~5 Дж/см2. Обнаружено необратимое увеличение оптического пропускания БР с ростом экспозиции излучения лазера от 300 до 3600 Дж/см2, составившее от 3 до 7%, соответственно, сверх того, что обусловлено действием только УФ-излучения (-7%).

Оценка ресурса полимерных БР-содержащих пленок. Для исследований длительного воздействия при 22—24°С лазерного излучения на БР-содержащие полимерные пленки (рис.11) использовалось излучение с Х= 632,8 нм и

Р ~ 0,6 Вт/см в пятне диаметром 3 мм. Среднее время облучения образца — 7 ч в сутки, что соответствует экспозиции 15 кДж/см2. Максимальная экспозиция составила ~370 кДж/см2

БД

1,5 т

0,5 -

отн.ед.

БР Стекло К-8

Экспозиция, кДж/см

юо

200

300

400

Рис. 11. Изменения пропускания (Р) и чувствительности БР-содержащих полимерных пленок при длительном воздействиям лазерного излучения.

Изменение на А.-~565 км пропускания и чувствительности к импульсному воздействию излучения НеИе-лазера с Р ~ 200 мВт/см5 определялись сравнением с необлученным участком исследуемой пленки Отмечено, что при экспозициях >100 кДж/см2 увеличивается пропускание и уменьшается чувствительность. При экспозиции -370 кДж/см2 (>200ч облучения) пропускание при \= 565 км возрастает на ~30%, а чувствительность падает на -50%. Условия эксплуатации БР-содержащих Полимерных пленок предполагают диапазон воздействий на пленки излучением с плотностью мощности, лежащей в пределах 1—50 мВт/см2, что в среднем составляет ~25 мВт/см2 При указанной Р экспозиция облучения 370 кДж/см2, при которой чувствительность уменьшилась на 50%, будет достигнута через 4000 ч.

Исследовалось совместное воздействие излучения НеЫе-лазера и нагревания на БР-содержащие полимерные пленки. Облучению подвергались образцы, имевшие начальное пропускание -20% на Х = 565 нм. Для Экспериментов использовалось непрерывное излучение с X. = 632,8 нм и Р до 500 мВт/см2, а также термостабилизатор, позволявший поддерживать в течение нескольких часов температуру образцов в пределах (60—90)±1°С. Экспозиция излучения лазера сохранялась постоянной (450Дж/см2) при различных значениях плотности мощности излучения, что достигалось различным временем экспонирования (от 15 мин до 5 ч). Отмечено, что совместное действие нагрева и излучения лазера вызывает увеличение оптического пропускания БР-содержащих полимерных пленок по сравнению с результатом действия только нагревания. При температурах 60 и 80°С и одинаковой экспозиции излучения более высокая Р приводит к большему увеличению оптического пропускания.

Оценена энергия активации процессов взаимодействия БР с излучением. Для описания тепловой зависимости ресурса использована формула Аррениуса, в которой энергия активации отождествляется с высотой энергетического барьера, преодолеваемого атомами или молекулами при взаимодействии. На основе результатов, полученных для пропускания БР-содержащих полимерных пленок при совместном действии температурьг (23, 60, 80, 90°С) и соответствующих экспозиций энергии излучения HeNe-лазвра, найдено значение энергия активации Еа= 1,1 ±0,05 эВ.

Проведена оценка ресурса БР-содержащих полимерных пленок в составе многослойных структур. Снижение чувствительности БР-содержащих полимерных пленок на 50% является, по-видимому, предельно допустимым. Эксперименты по исследованию влияния совместно действующих факторов излучения лазера и термического воздействия показали, что уменьшение Р излучения в 10 раз (от 500 до 50 мВт/см2) при одинаковой экспозиции облучения снижает разрушающий эффект от воздействия лазерного излучения вдвое. Исходя из того, что средняя плотность мощности излучения, воздействующего на БР-содержалще полимерные пленки в процессе эксплуатации, составляет -25 мВт/см2 (примерно в 20 раз меньше использованной в эксперименте), допустимая экспозиция излучения в процессе эксплуатации может быть значительно больше экспериментальных ЗТОкДж/см2. Бактериородопсин частично восстанавливает первоначальные свойства по пропусканию и чувствительности после выдержки при температуре 22—24"С.

Все это дает основания считать, что в предполагаемых' условиях эксплуатации ресурс БР-содержащих полимерных пленок составит >104 ч.

Полученное значение энергии активации Еа= 1,1 эВ для лазерного излучения (X = 632,8 нм) позволяет прогнозировать ресурс БР-содержащих полимерных" плейок для режимов работы при других температурах. Получена оценка ресурса для температуры Э0°С—4000 ч и для температуры 40аС — 1000 ч.

Основные результаты работы

1. Разработана технология получения прозрачных, оптически однородных суспензий с концентрацией БР до 15 мг/мл с размером частиц не более 8,7+0,5 нм.

Разработана технология получения оптически прозрачной БР-содержащей полимерной смеси. Установлено, что значение концентрации водородных ионов рН в полимерной смеси не должно быть меньше 4,1.

Разработана технология изготовления оптически однородных БР-содержалщх полимерных слоев с заданными геометрическими характеристиками (площадь до 3 см2, толщина 6—14мкм), оптической плотностью (0,8—1,3 D на длине волны 570 нм) и динамическими фотохромными свойствами.

Технологии получения прозрачных, оптически однородных суспензий БР, оптически прозрачной БР-содержащей полимерной смеси, изготовления оптически однородных БР-

' ' " ' 24

содержащих полимерных слоев с заданными геометрическими характеристиками, оптической плотностью и динамическими фотохромными свойствами, могут быть рекомендованы для использования на предприятиях, специализирующихся в области изготовления регистрирующих сред для систем обработки и отображения информации. Разработанные технологии могут • быть также рекомендованы к использованию при разработке устройств микроэлектроники, в частности, гибридных интегральных схем.

• 2. Исследовано- влияние параметров процесса получения на фазовый состав и •строение фаз (белок и полимер) БР-содержащих полимерных пленок. Установлено распределение между фазами БР-содержащих полимерных пленок примесей металлов (Си, Ва и РЬ), вводимых в процессе изготовления.

3. Изучены электрические и оптические свойства (температурная зависимость электропроводности, показатель преломления и др.) БР-содержащих полимерных пленок, сформированных на подложках из различных материалов.

4. В результате исследования строения и : свойств, полученных БР-содержащих полимерных пленок, установлено:

-Разработанная технология позволяет без разрушения белка БР эффективно встраивать минимальные белковые комплексы в полимерные среды, способные формировать оптически однородные пленки.

- Для полученных БР-содержащих полимерных пленок неоднородность толщины по поверхности подложки (<50 нм на длине 10 мм) при толщине пленки более 5мкм составляет <1%. Отклонение от среднего значения по распределению концентрации БР не Превышает 3 об.%.

-Зависимость изменения пропускания БР-содержащих полимерных гшенок от энергии оптического воздействия и времени, а Также связанная с изменением пропускания величина контраста амплитудных характеристик светового фронта. Рабочая область значений плотности мощноега лежит в пределах 1—] 00 мВт/см2 на длине волны X = 630 нм.

Исследованные БР-содержащие полимерные пленки рекомендуются для использования в качестве топографических сред для регистрации н отображения информации, в частности, в динамической интерферометрии.

5. Предложены и разработаны методы построения формальных нейронов в БР-содержащих средах и выполнения основных -нейросетевых операций оптическим способом без промежуточных олтоэлектронных преобразований.

6. Создана технология формирования многослойных структур, совмещающая светоотражающие, вояноводные и БР-содержащие полимерные слои и обеспечивающая сохранение функциональных свойств БР.

- 7. Впервые сконструированы и изготовлены многослойные (до 11 слоев) структуры, включающие слои на основе БР для компонентов информационных систем и нейросетевых технологий.

• »

8. Исследовано влияние параметров технологического процесса на изменение чувствительности и пропускания БР-содержащих полимерных пленок:

-После воздействия температур 60—80°С происходит, ролное восстановление свойств БР. Необратимое уменьшение чувствительности начинается при температурах 90°С и выше.

- Установлено, что предельно допустимая экспозиция УФ-излучения, вызывающая уменьшение чувствительности на -20%, составляет 10 Дж/см2.

9. Получено значение энергии активации Еа= 1,1 ±0,0 5 эВ процессов взаимодействия БР с излучением (À. = 632,8 нм), При нормальных условиях ресурс БР-содержашда. полимерных пленок составляет > 104 ч.

Рекомендуется использовать разработанные многослойные структуры, включающие БР-содержащие полимерные слои, для создания устройств обработки информации на основе нейросетевых технологий, пространственных модуляторов света, устройств оптической памяти, голографических корреляторов. Разработанные многослойные структуры на основе БР и другие многослойные структуры, изготовленные по разработанной технологии, могут бить применены в устройствах протезирования фрагментов нервных тканей, в том числе сетчатки глаза.

Весь экспериментальный материач получен автором лично. Научные руководители В.Д.Жшковский, Н.Г.Рамбида и научный консультант А.Ф.Белянин принимали участие в постановке задачи и обсуждении полученных результатов, редактировании статей, А.Г.Девятков — в проведении экспериментов по изготовлению волноводных структур, Б.Х.Базиян и С.А.Гордеев — в теоретическом анализе взаимосвязей элементов нейроподобных структур и обработке экспериментальных данных.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Гребенников Е.П. Создание элементной базы и технологии оптических нейрокомпьютеров и информационных систем управления на их основе // Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции «Новые высокие технологии и проблемы реконструкции управления и приватизации предприятий). Екатеринбург: А1НРФ. 1995. С. 117. .

2. Гребенников Б.П. Адаптивная элементная база и информационные технологии нового поколения // Тезисы докладов 6 Конгресса «Информационные технологии, системы и сета». М.: МАИ. 1995. С.43—44:

3. Гребенников Е.П. Создание адаптивной элементной базы для нейрокомпьютеров, реализующей оптические методы обработки информации и функции самоорганизация систем // Научно-технический сборник «Высокие электронные технологии в народном хозяйстве». М.: МАИ. 1997.G.6 -8.

4. Grebermikov Е.Р. Light radiation induced structure formation of bacteriorhodopsin films for the development of self-organizing information processing systems // Optical Information Science & Technology '97. PROCEEDINGS OF SPE. Moscow. 1997. V.3402. P.460—465.

5. Гребенников Е.П. Некоторые конструкционно-технологические аспекты применения бактертюродопсин-содержащих сред для формирования элементной базы нейрокомпьютеров // Сборник докладов 5 Всероссийской конференции ¡(Нейрокомпьютеры и их применение». М.: Радио и связь. 1999. С.ЗЗ 1—334.

6. Базиян Б.Х., Гребенников Е.П., Гордеев С.А. Цикличность и дискретность процесса восприятия как фактор функционирования био-нейрокомпьютера // Сборник докладов 5 Всероссийской конференции «Нейрокомпьютеры и их применение». М.: Радио и связь. 1999. С.472—474.

7. Гребенников Е.П., Голиков А.И., КиллихВ.Е. Измерение параметров частиц в высокоскоростных двухфазных потоках топографическими методами // Материалы

5 Международной конференция «Высокие технологии в промышленности России». М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана. 1999. С.320—324.

8. Гребенников Е.П., Девягков А.Г. Фотохромные пленки на основе бактериородопсина для оптических элементов информационных систем // Материалы 1 Всероссийской научной конференции «Молекулярная физика неравновесных систем». Иваново: ИвГУ. 1999. С. 103— 106.

9. Гребенников Е.П., Девяти® А.Г. Изготовление бактериородопсин-содержащих полимерных пленок // Материалы X Международного симпозиума «Тонкие пленки в электронике». 4.2. Ярославль: ИМ РАН. 1999. С.347—349.

10.БазиянБХ., Гребенников Е.П., ГордеевС.А. К вопросу о зрительном протезировании // Материалы Научной конференции «Механизмы структурной, функциональной и нейрохимотескойшастичностимозт.М.:НШМсагаРАМН. 1999. С. 10.

11. Гребенников Е.П. Технологические и оптико-физические характеристики бактериородопсин-содержащих пленок // Микросисгемная техника. М.: Машиностроение. 2000. №2. С.42—46.

12. Гребенников Е.П. Технологические и оптико-физические характеристики бактериородопсин-содержащих пленок //Микросисгемная техника. М.: Машиностроение. 2000. №3. С.37—42.

13. Гребенников Е.П., ЖитковскийВ.Д. Бактериородопсин-содержащие полимерные пленки для оптических многослойных структур // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. М.: ЭКОС. 2000. №.2. С.32—39.

14. Гребенников ЕЛ. Многослойные конструкции, включающие бактериородопсин-содержащие пленки, для компонентов информационных систем и нейросетевых технологий // Материалы

6 Международной конференции «высокие технологии в промышленности России». М.: ЦНИТИ «Техномаш». 2000 СЛ00—105.

15. Гребенников ЕЛ, Девятков А.Г. Моделирование взаимообусловленных изменений оптических параметров бактериородопсин-содержащих сред и проходящих через них световых потоков // Материалы 6 Международной конференции «Высокие технологии в промышленности России». М.: ЦНИТИ «Техномаш». 2000. С. 105—110.

16. Базшн Б.Х., Гребенников ЕЛ., Гордеев С А. Искусственная сетчатка на основе бакгериородопсина // Тезисы докладов конференции «Новое в изучении пластичности мозга». М.: НИИ Мозга РАМН. 2000. С.10.

17. Гребенников Е.П., Девяпсов А.Г. Реализация свойств памяти и пластичности в нейроподобных элементах на основе бактериородопсин-содержащих сред // Сборник докладов VI Всесоюзной конференции «Нейрокомпьютеры и их применение». М.: Радиотехника. 2000. С.416—419.

18 Гребенников Е.П. Опосредованное взаимодействие световых потоков в бактериородопсин-содержащих средах // Материалы 2 Всероссийской научной конференции (Молекулярная физика неравновесных систем». Иваново: ИвГУ. 2000. С.235—238.

19. Базшн Б.Х., Гребенников Е.П., Гордеев С.Н. Некоторые аспекты протезирования зрения // Тезисы докладов XXX Всероссийского совещания да проблемам высшей, нервной деятельности. С.-П.: Ин-т физиологии им. И.П.Павлова РАН. 2000. Т.1. С.266—267.

20. Гребенников Е.П., Житковский В.Д. Реализация нейросетевых алгоритмов в структурированных бактериородопсин-содержащих пленках // Тезисы докладов XI научно-технической конференции «Тонкие пленки в электронике». Йошкар-Ола: МарГТУ. 2000. С.40.

21. Белянин А.Ф, Гребенников Е.П. Строение пленок, содержащих бакгериородопсин и полимер // Тезисы докладов XI Научно-технической конференции «Тонкие пленки в электронике». Йошкар-Ола: МарГТУ. 2000. С.41.

22 Гребенников Е.П. Устройство оптической нейронной сети. Патент на изобретение по заявке Кг 2000117329/09(018540) от 04.07.2000 г Решение ФИПС о выдаче патента от 10 ноября 2000 г.

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 5 ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ДЛЯ НЕЙРОСЕТЕВЫХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР)

1.1. Устройства для нейросетевой обработки информации

1.1.1. Нейроплаты и микроэлектронная элементная база нейрокомпьютеров

1.1.2. Оптоэлектронные нейрокомпьютеры

1.1.3. Оптические нейрокомпьютеры ''

1.1.4. Биомолекулярная электроника и гибридная электроника

1.2. Бактериородопсин — строение, свойства и перспективы применения

1.2.1. Строение и основные свойства бактериородопсина

1.2.2. Известные построения компонентов информационных систем с использованием бактериородопсина

1.3. Выбор направления работ

1.3.1. Определение способа построения конструкций, включающих БР-содержащие среды. Анализ многослойных структур

1.3.2. Выбор бактериородопсин-содержащей среды и метода формирования

1.3.2.1. Гели на основе суспензий бактериородопсина

1.3.2.2. Ориентированные пленки бактериородопсина

1.3.2.3. Сухие пленки на основе суспензий бактериородопсина

1.3.2.4. Полимерные бактериородопсин-содержащие пленки

1.3.2.5. Анализ методов формирования бактериородопсин-содержащих

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР, ВКЛЮЧАЮЩИХ СЛОИ НА ОСНОВЕ БАКТЕРИОРОДОПСИНА, ДЛЯ КОМПОНЕНТОВ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И НЕЙРОСЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

2.1. Определение базовых процессов, реализуемых в среде бактериородопсина

2.2. Определение способа реализация основных функций формального нейрона в среде бактериородопсина

2.3. Основные элементы многослойных структур

2.4. Согласование коэффициентов преломления слоев многослойных структур. Оценка зависимых от коэффициента преломления параметров дифракционной решетки и одномодового волновода

2.5. Устройство формирования поверхностного светового фронта

2.5.1. Оценка параметров дифракционной решетки как элемента вывода излучения из волновода

2.5.2. Расчет углов выхода излучения, выводимого из дифракционной решетки

2.5.3. Расчет глубины модуляции дифракционной решетки

2.5.4. Распределение интенсивности оптического излучения формируемого светового фронта

2.6. Модулятор интенсивности поверхностного светового фронта

2.6.1. Разработка модулятора интенсивности поверхностного светового фронта

2.6.2. Расчет эффективности отражения от фазовой дифракционной решетки

2.6.3. Оценка перераспределения световой энергии обусловленного дифракционной расходимостью

2.7. Программно-математическое моделирование базовых процессов

2.7.1. Определение объекта моделирования. Принятые допущения и исходные данные для построения модели

2.7.2. Основные соотношения, характеризующие фотохромные процессы

2.8. Требования, предъявляемые к бактериородопсин-содержащим полимерным пленкам

2.8.1. Требования к оптическим и геометрическим параметрам бактериородопсин-содержащих полимерных пленок

2.8.2. Требования к физико-химическим свойствам полимерной матрицы. Выбор материала матрицы

ГЛАВА 3. СОЗДАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР, ВКЛЮЧАЮЩИХ СЛОИ НА ОСНОВЕ БАКТЕРИОРОДОПСИНА, ДЛЯ КОМПОНЕНТОВ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И НЕЙРОСЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

3.1. Требования к технологии изготовления многослойных структур, включающих слои на основе бактериородопсина

3.2. Технологическая схема изготовления многослойных структур, включающих слои на основе бактериородопсина

3.3. Получение бактериородопсин-содержащих пленок

3.3.1. Подготовка суспензии бактериородопсина

3.3.2. Приготовление бактериородопсин-содержащей полимерной смеси

3.3.3. Формирование бактериородопсин-содержащей полимерной пленки

3.3.4. Контроль параметров бактериородопсин-содержащих полимерных пленок НО

3.3.4.1. Рассеяние оптического излучения в бактериородопсин-содержащих полимерных пленках НО

3.3.4.2. Оптическая неоднородность, обусловленная рельефом поверхности и распределением концентрации бактериродопсина вдоль поверхности пленки

3.3.5. Свойства и строение пленок, содержащих бактериородопсин и полимер

3.4. Получение планарных волноводов и дифракционных решеток ввода и вывода излучения

3.4.1. Получение планарных волноводов 3.4.2. Изготовление дифракционных решеток ввода и вывода излучения 3.4.3. Контроль параметров элементов многослойных структур

3.5. Совмещение в многослойных конструкциях системы планарных волноводов и бактериородопсин-содержащих пленок

3.6. Влияние параметров технологического процесса на изменение функциональных свойств бактериородопсин-содержащих полимерных пленок

3.6.1. Изменение чувствительности и пропускания бактериородопсин-содержащих полимерных пленок при нагревании

3.6.2. Изменение динамических характеристик бактериородопсин-содержащих полимерных пленок при нагревании

3.6.3. Восстановление чувствительности и пропускания бактериородопсин-содержащих полимерных пленок после нагревания

3.6.4. Изменение поглощения и чувствительности бактериородопсин-содержащих полимерных пленок после воздействия УФ излучения

ГЛАВА 4. ИСПЫТАНИЯ БАКТЕРИОРОДОПСИН-СОДЕРЖАЩИХ ПЛЕНОК И КОМПОНЕНТОВ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР, ВКЛЮЧАЮЩИХ СЛОИ НА ОСНОВЕ БАКТЕРИОРОДОПСИНА

4.1. Определение функциональных характеристик бактериородопсин-содержащих полимерных пленок при нормальных условиях эксплуатации

4.1.1. Рабочая область плотности мощности излучения, применяемого для работы с бактериородопсин-содержащими полимерными пленками

4.1.2. Динамические характеристики бактериородопсин-содержащих полимерных пленок

4.1.3. Изменение контраста амплитудной картины и просветление бактериородопсин-содержащей среды при прохождении лазерного излучения

4.1.4. Совместное воздействие УФ излучения и излучения HeNe-лазера на бактериородопсин-содержащие полимерные пленки

4.2. Оценка ресурса полимерных бактериородопсин-содержащих пленок

4.2.1. Длительное воздействие лазерного излучения на бактериородопсин-содержащие полимерные пленки

4.2.2. Совместное воздействие излучения НеЫе-лазера и нагревания на бактериородопсин-содержащие полимерные пленки

4.2.3. Оценка энергии активации процессов взаимодействия бактериородопсина с излучением

4.2.4. Оценка длительности функционирования бактериородопсин-содержащих пленок в многослойных структурах

Актуальность темы

Государственные программы и исследовательские планы частных компаний х промышленно развитых стран направлены на создание элементной базы информационных систем путем применения новых перспективных технологий и материалов. Разрабатывается проблема интеграции материалов и процессов, применяемых в микро-, нано- и биомолекулярной электронике для синтеза функциональных сред и компонентов нового поколения, устройств приема, преобразования, хранения и передачи информации.

Одним из перспективных материалов для применения в информационных системах является бактериородопсин (БР) — светочувствительный белок, характеризующийся упорядоченным расположением молекул, который, будучи встроенным в полимерные пленки толщиной от 5 нм (монослой) до десятков мкм, сохраняет свои свойства в течение длительного времени (>10 лет). БР-содержащие полимерные пленки ведут себя как фотохромные материалы и характеризуются высокими цикличностью (>Ю6) и оптическим разрешением (-5000 л/мм). В технических целях БР-содержащие полимерные пленки могут быть использованы в сочетании с пленками других материалов.

Многослойные структуры, включающие слои на основе БР, перспективны для создания компонентов информационных систем, используемых в качестве пространственно-временных модуляторов света, в устройствах для записи динамических голограмм, хранения и отображения информации. Одной из задач развития информационных систем является создание устройств нейросетевой обработки информации (нейросетевые технологии), решение которой в настоящее время зависит от формирования соответствующей элементной базы.

Реализация нейросетевых технологий в микроэлектронике осложнена применением проводников для создания межэлементных соединений, что в случае нейросистем с большим числом нейронов ведет к задержкам в линиях связи и снижению быстродействия нейронных сетей. В результате при современных технологиях плотность связей уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния между нейронами.

Применение БР-содержащих полимерных пленок в многослойных структурах позволяет осуществлять основные нейросетевые операции оптическим способом, без проводников и промежуточных оптоэлектронных преобразований, и соединять нейроны в трехмерном пространстве. Это обеспечивает высокую интеграцию элементов, скорость преобразования и передачи информации.

Многослойные структуры, включающие слои на основе БР, могут быть использованы для создания устройств обработки информации на основе нейросетевых технологий: систем технического зрения, устройств распознавания речевых команд, акустических и других сигналов, а также в системах управления движущимися объектами и технологическими процессами. Также перспективны новые применения указанных технологий в микроробототехнике и медицинском протезировании, интеллектуализации систем связи для предварительного анализа и сжатия информации, защите информационных сетей и коммуникаций посредством нейросетевой обработки входного и выходного сигналов.

Исследованиям в области разработки нейросетевых технологий посвящены работы Я.З.Цыпкина, А.И.Галушкина, Н.Н.Евтихиева, А.Н. Бубенникова и др., а исследованию БР-содержащих сред и их техническому применению — Ю.А.Овчинникова, В.П.Скулачева, Н.Н.Всеволодова, Н. Хампа, Р.Р.Берча. Однако в этих работах, по понятным причинам, не представлены технические решения по построению в одном конструктиве многослойных структур, включающих слои на основе БР, и применению таких конструкций для создания компонентов информационных систем и нейросетевых технологий, не рассматриваются материалы и методы получения оптических волноводных структур, а также возможность отхода от традиционных технологий интегральной оптики, связанных с условиями вакуума и высоких температур.

Таким образом, актуальность конструктивно-технологических исследований в области создания многослойных структур, включающих БР-содержащие полимерные I пленки, для развития информационных систем нового поколения на основе элементной базы нано- и биомолекулярной электроники вполне очевидна.

Цель работы

Целью настоящей работы является разработка, получение и исследование многослойных структур, включающих слои на основе БР, пригодных для формирования компонентов информационных систем и нейросетевых технологий.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

- выбор базового процесса (с учетом взаимного влияния световых, потоков и БР-содержащих сред, обусловленного светозависимым изменением показателя поглощения) для формирования устройств нейросетевой обработки информации; разработка способа построения формального нейрона на основе выбранного базового процесса;

- разработка конструкций многослойных структур, содержащих слои на основе БР, светоотражающие и волноводные слои (включая волноводные слои с дифракционными решетками, предназначенными для ввода и вывода оптического излучения в многослойную структуру);

- разработка технологии получения прозрачных, оптически однородных суспензий БР и БР-содержащих полимерных пленок с заданными геометрическими характеристиками, оптической плотностью и динамическими свойствами;

-подбор материалов и разработка технологии для создания волноводных и светоотражающих слоев;

Ч, v

- изучение фазового состаЕа, строения фаз и физических свойств (электропроводность, статическая диэлектрическая проницаемость, показатель преломления и др.) БР-содержащих полимерных пленок;

- исследование влияния введенной примеси металлов (Си, Ва и РЬ) на строение и свойства БР-содержащих полимерных пленок; f

- разработка технологии формирования многослойных структур, обеспечивающей совместимость волноводных и БР-содержащих слоев;

- изготовление и испытание БР-содержащих полимерных пленок и многослойных структур на их основе.

Научная новизна:

1. Теоретически обоснована и экспериментально проверена возможность формирования оптически прозрачных БР-содержащих полимерных пленок с высокой концентрацией БР.

2. Предложен метод изготовления многослойных структур, включающих слои на основе БР, для компонентов шформационных систем и нейросетевых технологий.

3. Экспериментально показана возможность получения многослойных структур, включающих слои на основе БР, волноводные и светоотражающие слои.

4. Определены функциональные характеристики БР-содержащих полимерных пленок в многослойных структурах. Исследованы изменения функциональных характеристик БР-содержащих полимерных пленок в многослойных структурах в зависимости от параметров технологического процесса.

5. Предложен способ построения формальных нейронов и осуществления нейросетевых операций в БР-содержащих средах оптическим способом.

6. Исследовано влияние длительного воздействия лазерного излучения и совместного воздействия лазерного излучения и нагрева на параметры БР-содержащих пленок в многослойных структурах.

7.Установлено распределение примесей металлов между фазами в БР-содержащих полимерных пленках.

8. Проведены теоретические и экспериментальные оценки ресурса БР-содержащих полимерных пленок многослойных структур при различных условиях эксплуатации. А

Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается использованием современных оптико-физических и химико-технологических методов исследований, применением метрологически аттестованной аппаратуры и приборов, анализом и учетом возможных источников погрешностей и статистической обработкой результатов измерений.

Представленные в диссертации исследования выполнены в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО Центральный научно-исследовательский технологический институт «ТЕХНОМАШ», по Госбюджетной теме НИОКР «Образ» (Департамент промышленности средств связи Минэкономики), а также договору № 4-980-97 с ОАО «НПО Энергомаш им. академика В.П.Глушко» (Российское авиационно-космическое агентство, г. Химки Московской обл.), договору № 132 с ООО «Спартан» (г. Дмитров Московской обл.) и др.

На защиту выносятся:

1. Конструктивно-технологические решения по формированию многослойных структур, включающих слои на основе БР для компонентов информационных систем и нейросетевых технологий.

2. Результаты экспериментальных исследований характеристик БР-содержащих полимерных пленок в многослойных структурах в зависимости от параметров технологического процесса.

3. Результаты испытаний БР-содержащих полимерных пленок в многослойных структурах и оценка их ресурса при различных условиях эксплуатации.

Практическая ценность работы

Разработана технология получения прозрачных оптически однородных БР-содержащих полимерных пленок с заданными геометрическими характеристиками, оптической плотностью и динамическими фотохромными свойствами. Разработанная технология и полученные по этой технологии БР-содержащие полимерные пленки могут быть использованы на предприятиях, специализирующихся в области создания информационных систем для преобразования оптической информации, в частности, в качестве реверсивной голографической среды в устройствах записи и отображения информации, интерферометрии и др.

Разработана технология получения многослойных структур, содержащих слои на основе БР, волноводные и светоотражающие слои. Конструктивно-технологические решения по получению многослойных структур на основе БР-содержащих полимерных пленок и изготовленные многослойные структуры могут быть использованы для формирования устройств нейросетевых информационных технологий, для пространственно-временной фильтрации, а также, в устройствах протезирования фрагментов нервных тканей, в том числе сетчатки глаза.

Внедрение результатов работы

Материалы диссертационной работы используются в следующих организациях:

1. Войсковая часть 08317 — использованы многослойные структуры, включающие фотохромные БР-содержащие полимерные пленки, планарные волноводы и элементы интегральной оптики (дифракционные решетки, формируемые в плоских волноводах), для осуществления контролируемого распределения световых потоков (локализация, плотность мощности, направление и угол) в БР-содержащих слоях для формирования нейроподобных структур и осуществления связей между ними. Созданные компоненты информационных систем реализованы в оптическом процессоре для предварительной обработки видовой информации (сегментации изображений) космической системы «Обзор». При испытаниях и управлении объектом 17Ф118-0 увеличена оперативность на 20—30% при подготовке информации для принятия решений. Многослойные структуры, включающие БР-содержащие полимерные пленки, показали свою эффективность при работе с системой АНИУК-Э.

2. ОАО «НПО Энергомаш им. академика В.П.Глушко» (г. Химки Московской обл.)— использована многослойная структура (ФТЯИ.203591.001), включающая БР-содержащие полимерные пленки, планарные волноводы и элементы интегральной оптики, для экспериментов по отработке решения задачи предварительной обработки и сжатия информации в составе макетного стенда компонентов Многофункционалшой космической тшжоммуникацюнной системы «Росхслесаг».

3. ООО «Механика Сплошных Сред (МСС)» (г. Королев Московской обл.) — использованы материалы для формирования оптических элементов и БР-содержащих полимерных пленок, а также технология получения многослойных структур, включающих БР-содержащие полимерные пленки, при выполнении работ по проекту № 474-98 «Голографическая дисдрометрия» Международного Научно-Технического Центра, для разработки образцовых метрологических средств голографической дисдрометрии. Изготовленные оптические структуры использованы в качестве образцовых средств для метрологической аттестации голографического и лазерных дисдрометров.

4. Научно-исследовательский институт Мозга РАМН, лаборатория нейрокибернетики (г. Москва) — использованы многослойные структуры, включающие слои на основе БР, для исследований опосредованного взаимодействия световых потоков в среде БР и формирования динамических оптических структур в многослойной БР-содержащей системе с целью моделирования процессов в сетчатке зрительного анализатора. Полученные данные позволили уточнить представления о процессах формирования рецептивных полей в сетчатке и определить способы I создания искусственной сетчатки на основе БР.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на Международной конференции по нанотехнологии, Москва (1993); Всероссийской научно-практической конференции «Новые высокие технологии и проблемы реконструкции управления и приватизации предприятий», Екатеринбург (1995); 6 Конгрессе «Информационные технологии, системы, коммуникации и сети», Москва (1995); 1 Научно-практической конференции «Высокие технологии производства радиоэлектронной аппаратуры», Москва (1996); Международном симпозиуме «Информационная оптика. Научные основы и технология», Москва (1997); 3—6 Всероссийских конференциях «Нейрокомпьютеры и их применение», Москва (1997, 1998, 1999, 2000): 5 и 6 Международных конференциях «Высокие технологии в промышленности России», Москва (1999, 2000); 1 и 2 Всероссийских научных конференциях «Молекулярная физика неравновесных систем», Иваново (1999, 2000); Научной конференции «Механизмы структурной, функциональной и нейрохимической пластичности мозга», Москва (1999); Конференции «Новое в изучении пластичности мозга», Москва (2000); XLIX Научно-технической конференции МИРЭА, Москва (2000); XXX Всероссийском совещании по проблемам высшей нервной деятельности, С.-Петербург (2000);

X и XI Международных симпозиумах «Тонкие пленки в электронике»: Ярославль (1999), Йошкар-Ола (2000).

Публикации ч

По теме диссертации опубликованы 21 печатная работа (16 статей и 5 тезисов докладов) и 5 отчетов по НИОКР, получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [56, 71—76, 94, 97—99, )5,109,111—116,118,119].

Весь экспериментальный материал получен автором лично.

Автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность и глубокую шзнательность своим научным руководителям Генеральному директору ЦНИТИ «Техномаш» т.н. профессору МИРЭА В.Д.Житковскому и зав. отделом информатики МНИИПУ д.х.н. зофессору Н.Г.Рамбиди за полезные обсуждения результатов, постоянный интерес, г/омсущь и зддержку на всех этапах выполнения работы.

Автор выражает глубокую признательность научному консультанту зав. лабораторией )нно-плазменной технологии и вакуумных процессов ЦНИТИ «Техномаш» к.х.н. .Ф.Белянину за плодотворные консультации и помощь, которые в значительной степени юсобствовала успешному завершению работы, а также директору фирмы «ЭФФ» д.х.н. .А.Смыслову за предоставленные биоматериалы и помощь в освоении методов работы с ними.

Автор искренне благодарит ст.н.с. лаборатории поверхностных процессов при щиационном воздействии ИФХ РАН к.ф.-м.н. Р.Х.Завалутдинова за помощь в определении едержания примесей Си, Ва и РЬ методом электронно-зондового спектрального микроанализа, также технического директора ЦНИТИ «Техномаш» к.т.н. В.В.Жиликова, заведующего :пирантурой ЦНИТИ «Техномаш» к.т.н. профессора Н.П.Глушкова, сотрудников отдела гйросетевых технологий ЦНИТИ «Техномаш»: старшего научного сотрудника к.ф-м.н. .Г.Девяткова, научного 'сотрудника к.ф.-м.н. И.С.Голдобина и ведущего инженера .Е.Акулову; начальника отдела печатных плат ЦНИТИ «Техномаш» к.т.н. Э.А.Сахно, аучного сотрудника лаборатории вакуумных процессов ЦНИТИ «Техномаш» к.т.н. .В.Пащенко, начальника научно-технического отдела ЦНИТИ «Техномаш» С.И.Саликова, ;нерального директора ОАО «НПО Энергомаш им. акад. В.П.Глушко» Б.И.Каторгина, 1авного инженера ОАО «НПО Энергомаш им. акад. В.П.Глушко» Ю.В.Мовчана, старшего

151 учного сотрудника лаборатории фотополимеров НИОПИК к.х.н. Г.Н.Дорожкину, зав. бораторией нейрокибернетики НИИ Мозга РАМН д.б.н. Б.Х.Базияна, научного сотрудника боратории нейрокибернетики НИИ Мозга РАМН к.б.н. С.А.Гордеева, директора ООО лтартан» А.А.Храмова, сотрудничество с которыми помогло успешному выполнению работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе рассмотрены следующие вопросы, связанные с формированием многослойных структур, включающих слои на основе БР, для компонентов информационных систем и нейросетевых технологий: обзор основных направлений создания устройств (в том числе, многослойных структур) для нейросетевых методов обработки информации; способы нейросетевой обработки информации с применением БР и методы получения БР-содержащих йред?; разработка, получение и исследование многослойных структур, включающих слои на основе БР.

1. McCulloch W.W., Pitts W. A logical calculus of the ideas imminent in nervous activiti //

2. Bulletin of Mathematical Biophysics. 1943. V.5. P.l 15—133.

3. Pitts W., McCulloch W.W. How we know universals // Bulletin of Mathematical Biophysics. 1947. V.9. P. 127—147.

4. WidrowB., HoffM.E. Adaptive switching circuits // 1960 IRE WESCON Convention Record, New-York: Institut of Radio Engineers. 1960. Part 4. P.96—104.

5. Widrow В., Angell J.B. Reliable, trainable networks for computing and control // Aerospace Engineering. 1962. V.21. P.78—123.

6. Галушкин А.И. О современных направлениях развития нейрокомпьютеров // Информационные технологии. 1997. № 5. С.2—5.

7. Галушкин А.И. Некоторые исторические аспекты развития элементной базы вычислительных систем с массовым параллелизмом // Нейрокомпьютеры: разработка и применение. 2000. №1. С.79.

8. Real word computing program. Theoretical foundation and novel function /Otsu Nobuyuki // Proc. Int. Jt. Conf. Neural Networks, Nagoya. 1993. IJCNN93 Nagoya. V.l. P. 1069— 1070.

9. Furuya Tatsumi, Sato Yujt, Ito Hidetaka, Higuchi Tetsuya, Suzuki Yoshio Self-programming network (SPN): A computational model for adaptive evolutionary computers // Proc. Int. Jt. Conf. Neural Networks, Nagoya. 1993. IJCNN93 Nagoya. V.l. P.733.

10. Нейрокомпьютеры: разработка и применение. Анализ направлений исследований в области нейрокомпьютеров по результатам Международной конференции по нейронным сетям (ICNN -99), Вашингтон. 1999. №1. С.101—104.

11. Галушкин А.И. Дискуссия о нейрокомпьютерах 10 лет спустя // Нейрокомпьютеры: разработка и применение. 1999. №1. С.5.

12. Грачев Jl.В., Куссуль М.Э., Симоров С.Н. Проблемно-ориентированный нейрокомпьютер, реализующий нейросетевую парадигму со случайными порогами // Нейрокомпьютер. 1998. №3,4. С.29—37.

13. Шевченко П.А., Фомин Д.В., Черников В.М., ВикснеП.Е. Архитектура нейропроцессора NeuroMatrix NM6403// Нейрокомпьютер. 1998. №3,4. С. 15—28.

14. Бубенников А.Н. Архитектурно-технологический облик интеллектуальных нейронных сетей на кремниевых пластинах и трехмерных нейрокомпьютеров // Зарубежная радиоэлектроника. 1998. №1. С.34—51.

15. Fujita М. and Kobayashi Y. Development and fabrication of digital neural network WSIs // IEICE Trans. Electron. 1993. V.l. E 76. №.7. P. 1182—1189.

16. Валиев K.A. Микроэлектроника: достижения и пути развития. М.: Наука. 1986. С.435.

17. Бубенников А.Н., Бубенников А.А. Технологические проблемы создания субмикронных нейрочипов и нейросистем на пластинах // Информационные технологии. 1997. № 5. С.21—28.

18. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника: теория и практика. М.: Мир. 1992. С.240.

19. Евтихиев Н.Н., Оныкий Б.Н., Перепелица В.В., Щербаков И.Б. Гибридные оптоэлектронные нейрокомпьютеры // Нейрокомпьютер. 1994. №3,4. С.51—58.

20. Евтихиев Н.Н., Оныкий Б.Н., Перепелица В.В., Щербаков И.Б. Гибридные оптоэлектронные нейрокомпьютеры//Нейрокомпьютер. 1994. №1,2. С.23—30.

21. Athal R.A., Friedlander С.В., Kushner С.В. Attentive associative architectures and their implications to optical computing // Proceeding of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineering. 1986. №625. P.179—188.

22. FarhatN.H., Psaltis D., Prata А., Раек E. Optical implementation of the Hopfield model // Aplied Optics. 1985. №24. P. 1469—1475.

23. KoskoB. Optical bidirectional associative memories // Proceeding of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineering: Image Understanding and the Man-Machin Interface. 1987. №758. P. 11—18.

24. Abu-Mostafa Y.S., Psaltis D. Optical neural computers // Scientific American 1987. March. P.88—95.

25. Stoll H.M., Lee L.S. Continuous time optical neural networks // Proceeding of IEEE International Conference on Neural Networks. San Diego, CA:SOS Printing. 1988.

26. Fainman N.H., Klancnik E., Lee S.H. // Optical Engineering. 1968. №25. P.228.

27. Лучинин B.B. Проблемы интеграции микро- и биотехнологии // Петербургский журнал электроники. 1996. №1. С.9—22.

28. Международный симпозиум по биоэлектронике и молекулярным электронным приборам, 6-ая Международная конференция по молекулярной электронике и биокомпьютингу. Япония. 1995.

29. Международный симпозиум «Информационная оптика. Научные основы и технология». М. 1997.

30. Международная конференция по нейронным сетям и их применениям (International Work Shop Cellular Neural Network and there Application. CNNA 98). Лондон. 1998.

31. Пригожин И. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках. М: Наука. 1985. 324 с.

32. Дмитриев A.C. Хаос и обработка информации в нелинейных динамических системах // Радиотехника и электроника. 1993. Т.38. В.1. С.18—23.

33. Ижикевич Е.М., Малинецкий Г.Г. Модель нейронной сети с хаотическим поведением//Нейрокомпьютер. 1993. № 1,2.

34. Рамбиди Н.Г. Биомолекулярные нейрокомпьютеры // Нейрокомпьютер. 1998. №1,2. С.27—33.

35. Rambidi N.G., Maximychev A.V. Towards a biomolecular computer. Information processing capabilities of biomolecular nonlinear dynamic media // BioSystems. 1997. V.41.P.195—211.

36. Rambidi N.G. Neural networks based on biomolecular nonlinear dynamic media. Image processing operation // Proceeding of SPIE. 1997. V.3402. P.434.

37. Liberman E. Quantum molecular computer// Biophysics. 1977. V.17. №6.

38. Molecular BioElectronics & Hibrid Electronic Systems. IEEE Control Systems. 1996. V.16. № 1. P.6—12.

39. Всеволодов H.H. Биопигменты-фоторегистраторы. Фотоматериал на бактериородопсине. М.: Наука. 1988. 224 с.

40. Oesterhelt D., Brauchle С., Hampp N. Bacteriorhodopsin: a biological material for information processing // Quarterly Reviews of Biophysics. 1991. V.24. №4. P.425—478.

41. Siebert F., Mantele W., Kreutz W. Evidence for the protonation of two internal carboxylic groups during the photocycle of bacteriorhodopsin // FEBS Lett. 1982. V.41. P.82—87.

42. Haronian D., Lewis A. Elements of a unique bacteriorhodopsin neural netwirk architecture //Applied of Optics. 1991.V.30. №5. P.597—608.

43. Савранский B.B., Ткаченко H.B., Чухраев В.И. Биологические мембраны. 1987. Т.4. №5. С.479—485.

44. Zeisel D., Hampp N. // J. Phys. Chem. 1992. V.96. №19. P.7787—7792.

45. Birge R.R. Biomolecular Electronuc: Protein-Based associative processors and volumetric memories//J. Phis. Chem. 1999. V.103. P. 10746—10766.

46. Барачевский В.А., Пашков Г.И., Цехолеский В.А. Фотохромизм и его применение. Л.: Химия. 1977. 279 с.

47. Stephen R. Forrest. Ultrathin organic films grown by organic molecular beam deposition and related techniques // Chem. Rev. 1997. V.97. P. 1793—1896

48. Eisenbach M., Weissmann Т., Tanny G., Caplan S.K. Bacteriorhodopsin-loaded charged synthetic membranes // FEBS Lett. 1977. V.81. P.77—80.

49. Vsevolodov N.N., pruzko A.D., Djukova N.V. Actual possibilities of bacteriorhodopsin application in optoelectronics /fin Molecular Electronics: Biosensors and Biocomputers; Hong F., Ed. Plenum Press: New-York. 1989. P.381—384.

50. HamppN., Brauchle C. OesterheltD. Bacteriorhodopsin wild type and variant aspartate-96 —> asparagine as reversible holographic media // Biophys. J. 1990. V.58. P.83—93.

51. Birge R.R., Zhang C.'F., Lawrence A.F. Optical random access memory based on bacteriorhodopsin. In Molecular Electronics; Hong F., Ed. Plenum Press: New-York. 1989. P.369—379.

52. Miyasaka Т., Koyama K., Itoh I. Quantum conversion and image detection by a bacteriorhodopsin-based artificial photoreceptor// Science. 1992. V.255. P.342—344.

53. Chen Z., Birge R.R. Protein-based artificial retinas // Trends Biotechnol. 1993. V.ll. P.292—300.

54. Birge R.R., Fleitz P.A., Gross R.B., Izgi J.C., Lawrence F.F., Stuart J.A., TallentJ.R. Spatial light modulators and optical associative memories based on bacteriorhodopsin // Proc. IEEE EMBS. 1990. V.12. P.1788—1789.

55. Song Q.W., Zhang C., Gross R.B., Birge R.R. Optical limiting by chemically enhanced bacteriorhodopsin films // Opt. Lett. 1993. fV.18. P.775—777.

56. Birge R.R. Photophysics and molecular electronic applications of the rhodopsins // Annu. Rev. Phys. Chem. 1990. V.41. P.683—733.

57. Thoma R., Hampp N. Bacteriorhodopsin films as spatial light modulators for non-linear filtering // Opt. Lett. 1991. V.l6. P.651—653.

58. Renner Т., Hampp N. Bacteriorhodopsin-film for dynamic time average interferometry // Opt. Commun. 1992. V.96. P. 142—149.

59. Richard B. Gross. Holographic thin films, spatial light modulators and optical associative mtmories on bacteriorhodopsin // Image Storage and Retrieval Systems. 1992. V.l662. P. 186.

60. Hampp N., Seitz A., Juchem Т., Oesterhelt D. Large diameter bacteriohodopsin films for applications in non-destructive testing // SPIE. 1999. V.3623. P.243-—251.

61. Takei H. and Shimizu N. Spatial Light Modulators and Applications // OSA Technical Digest Series. Optical Society of America. Washington DC. 1995. V.9. P.l 18.

62. Гребенников Е.П. Адаптивная элементная база и информационные технологиинового поколения // Тезисы докладов 6 Конгресса «Информационные технологии, системы и сети». М.: МАИ. 1995. С.43—44.

63. Data processing system comprising a neural network. EP 0 494 671 A2

64. Spatial light modulator and neural network. EP 0 515 836 A1

65. Eisenbach M. Bacteriorhodopsin-loaded charged synthetic membranes// FEBS Lett. 1977. V.81. P.77—80.

66. Eisenbach M., Garty H. Light-induced pH changes in purpure-membrane fragments o.f Halobacterium halobium // Bioenergetics of membrane. Ed. 1. Packer. Amsterdam. 1977. P.l 19—128.

67. Yoguzhinsky L.S. Synthesis of ATP coupling with action of membrane protonic pump at the octan-water interface // Nature. 1976. V.259. P.494—496.

68. Hwang S.B., Korenbrot J.I., Stoeckenius W. Structural and spectroscopic characteristics of BR in air-water films // J. Membrane Biol. 1977. V.36. №1. P.115—135.

69. Hwang S.B., Korenbrot J.I., Stoeckenius W. Transient photovoltages generated by change displacements in intermediates of the bacteriorhodopsin photoreaction cycle // Bioenergetics of membranes. Ed. 1. Parker. Amsterdam. 1977. P. 134—147.

70. Clarrk N.A., Rothshild K.J. Surface induced lamellar orientation of multilayer membrane array // Biophys J. 1980. V.31. P.65—96.

71. Korenstein R., Hess B. Analysis of photocycle and orientation in thin layers // Meth.enzymol. 1982.V.88. P.l80—193.

72. Hwang S.B., Korenbrot J.I., StoeckeniusW. Structural and spectroscopic characteristics of BR in air-water films // J. Membrane Biol. 1977. V.36. №1. P.l 15—135.

73. Hwang S.B., Korenbrot J.I., Stoeckenius W. Cherge displacement in bacteriorhodopsin and its photointermediates // Biochim. et Biophys. Acta. 1978. V.509. №3. P.300—317.

74. Алексеев A.C., Валянский С.И., Савранский B.B. Нелинейно-оптические свойства Ленгмюра-Блоджет-монослоев бактериородопсина // Труды ИОФАН. 1992. Т.38. С.133—150.

75. Зубов Б.В. Кинетика возбуждения состояний фотоцикла бактериородопсина при лазерном тепловом возмущении // Труды ИОФАН. 1992. Т.38. С.151—192.

76. Гребенников Е.П., Житковский В.Д. Реализация нейросетевых алгоритмов в структурированных бактериородопсин-содержащих пленках // Тезисы докладов XI научно-технической конференции «Тонкие пленки в электронике». Йошкар-Ола: МарГТУ. 2000. С.40.

77. Корчемская Е.Я., Соскин М.С., Тараненко В.Б. Усиление контраста маломощных оптических сигналов при нелинейном поглощении в средах на основе бактериородопсина // Квантовая электроника. 1990. Т. 17. №4. С.448—449.

78. Алексеев А.С., Валянский С.И., Савранский В.В. Нелинейно-оптические свойства

79. Ленгмюра-Блоджет-монослоев бактериородопсина // Труды ИОФАН. 1992. Т.38. С.133—150.

80. Гребенников Е.П. Опосредованное взаимодействие световых потоков в бактериородопсин-содержащих средах // Материалы 2 Всероссийской научной конференции «Молекулярная физика неравновесных систем». Иваново: ИвГУ. 2000. С.235—238.

81. Гребенников Е.П. Устройство оптической нейронной сети. Патент на изобретение по заявке №2000117329/09(018540) от 04.07.2000 г. Решение ФИПС о выдаче патента от 10 ноября 2000.

82. Hampp N., Oesterhelt D., BrauchleH. Bacteriorhodopsin: a biological material for information processing // Quarterly Reviews of Biophysics. 1991. V.24. №4. P.425—478.

83. Зленко A.A., Киселев B.A., Прохоров A.M., Спихальский A.A., Сычугов В.A. Излучение поверхностных световых волн на гофрированном участке тонкопленочного волновода//Квантовая электроника. 1974. Т.1. №7. С.1519—1526.

84. Прохоров A.M., Спихальский А.А., Сычугов В.А. Расчет и оптимизация параметров излучающей структуры распределенной обратной связи // Квантовая электроника. 1977. Т.4. №5. С.989—995.

85. Унгер Х.-Г. Планарные и волоконные оптические волноводы. М.: Мир. 1980. С. 139—147.

86. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука. 1976. 467 с.

87. Светочувствительные биологические комплексы и оптическая регистрация информации. Академия наук СССР. Сборник научных трудов. Пущино. 1985.

88. Oesterhelt D., Stoeckenies W. Rhodopsin-like protein from the purple membrane of Halobacterium halobium // Europ. J. Biochem. 1971. V.233. P.149—152.

89. Лазерные методы исследования фотоцикла бактериородопсина. Труды ИОФАН. 1992. Т.38. 213 с.

90. Гребенников Е.П., Девятков А.Г. Фотохромные пленки на основе бактериородопсина для оптических элементов информационных систем // Материалы 1 Всероссийской научной конференции «Молекулярная физика неравновесных систем». Иваново: ИвГУ. 1999. С.103—106.

91. Введение в интегральную оптику. Под редакцией М. Барносски. М.: Мир. 1977. 450 с.

92. Гребенников Е.П., Девятков А.Г. Изготовление бактериородопсин-содержащих полимерных пленок // Материалы X Международного симпозиума «Тонкие пленки в электронике». 4.2. Ярославль: ИМ РАН. 1999. С.347—349.

93. Гребенников Е.П. Технологические и оптико-физические характеристики бактериородопсин-содержащих пленок // Микросистемная техника. М.:164

94. Машиностроение. 2000. №2. С.42—46.

95. Гребенников Е.П. Технологические и оптико-физические характеристики 4 бактериородопсин-содержащих пленок // Микросистемная техника. М.:

96. Машиностроение. 2000. №3. С.37—42.

97. Белянин А.Ф, Гребенников Е.П. Строение пленок, содержащих бактериородопсин и полимер // Тезисы докладов XI Научно-технической конференции «Тонкие пленки в Электронике». Йошкар-Ола: МарГТУ. 2000. С.41.

98. Гребенников Е.П., Житковский В.Д. Бактериородопсин-содержащие полимерные пленки для оптических многослойных структур // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. М.: ЭКОС. 2000. №.2. С.32—39.

99. Елисеев П.Г. Причины и распределение отказов в полупроводниковых лазерах (обзор) // Квантовая электроника. 1986. Т.13. №9. С.1749—1768.

100. Базиян Б.Х., Гребенников Е.П., Гордеев С.А. Искусственная сетчатка на основе бактериородопсина // Тезисы докладов конференции «Новое в изучении пластичности мозга». М.: НИИ Мозга РАМН. 2000. С. 10.

101. Базиян Б.Х., Гребенников Е.П., Гордеев С.Н. Некоторые аспекты протезирования зрения // Тезисы докладов XXX Всероссийского совещания по проблемам высшей нервной деятельности. С.-П.: Ин-т физиологии им. И.П.Павлова РАН. 2000. Т.1. С.266—267.