Поверхностная модификация кварцевого стекла импульсами пикосекундного лазера

Поверхностная модификация кварцевого стекла импульсами пикосекундного лазера

Автор: Завьялова Марина Андреевна

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 6 т.40, 2016 года.

Бесплатный доступ

Описан экспериментальный стенд для исследования процессов прямого формирования микро- и наноструктур на поверхности кварцевого оптического стекла импульсами пикосекундного ультрафиолетового лазера. Предложен метод контроля абляции на основе датчика Шека-Гартмана. Синтезированы кратеры испарения на поверхности кварца глубиной от 23 ± 4 нм до 144 ± 18 нм с хорошим качеством края при плотностях мощности от 0,57 × 1012 Вт/см2 до 31 × 1012 Вт/см2 соответственно. Более интенсивные режимы лазерной обработки приводят к образованию трещин и сколов на поверхности материала, менее интенсивные - к появлению каёмок плавления. Проведено исследование полученных структур с помощью атомно-силового микроскопа. Установлена скорость абляции кварцевого стекла при обработке импульсами пикосекундной длительности.

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/14059514

IDR: 14059514   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-6-863-870

Список литературы Поверхностная модификация кварцевого стекла импульсами пикосекундного лазера

  • Phillips, K.C. Ultrafast laser processing of materials: a review/K.C. Phillips, H.H. Gandhi, E. Mazur, S.K. Sundaram//Advances in Optics and Photonics. -2015. -Vol. 7, Issue 4. -P. 684-712. - DOI: 10.1364/AOP.7.000684
  • Булгакова, Н.М. Лазерно-индуцированная модификация прозрачных кристаллов и стекол/Н.М. Булгакова, Р. Стоян, А. Розенфельд//Квантовая электроника. -2010. -Т. 40, № 11. -С. 966-985.
  • Кононенко, В.В. Модификация кварцевого стекла лазерными импульсами фемтосекундной длительности/В.В. Кононенко, В.П. Пашинин, М.С. Комленок, В.И. Конов//Компьютерная оптика. -2009. -Т. 33, № 3. -С. 254-260.
  • Dostovalov, А.V. Simultaneous formation of weakly and highly ordered laser-induced periodic surface structures on Ti film at femtosecond irradiation/А.V. Dostovalov, V.P. Korolkov, S.A. Babin//Laser Physics Letters. -2015. -Vol. 12, Issue 3. -036101 (6 p). - DOI: 10.1088/1612-2011/12/3/036101
  • Вейко, В.П. Лазерное микроструктурирование поверхностей/В.П. Вейко, С.С. Дышловенко//Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. -2001. -№ 4. -С. 119-128.
  • Bulushev, E. High-speed and crack-free direct-writing of microchannels on glass by an IR femtosecond laser/E. Bulushev, V. Bessmeltsev, A. Dostovalov, N. Goloshevsky, A. Wolf//Optics and Lasers in Engineering. -2016. -Vol. 79. -P. 39-47. - DOI: 10.1016/j.optlaseng.2015.11.004
  • Christensen, M. Single-shot ablation of sapphire by ultrashort laser pulses/M. Christensen, J. Byskov, B. Christensen, P. Balling//Applied Physics A. -2010. -Vol. 101(2). -P. 279-282. - DOI: 10.1007/s00339-010-5817-7
  • Dausinger, F. Micro-machining with ultrashort laser pulses: From basic understanding to technical applications/F. Dausinger, H. Hugel, V.I. Konov//Proceedings of SPIE. -2003. -Vol. 5147. -P. 106-115. - DOI: 10.1117/12.537496
  • Poleshchuk, A.G. Diffractive optical elements: fabrication and application/A.G. Poleshchuk; V.P. Korolkov, R.K. Nasyrov//Proceedings of SPIE. -2014. -Vol. 9283. -928302. - DOI: 10.1117/12.2073301
  • Бессмельцев, В.П. Оптимизация режимов лазерной микрообработки (обзор)/В.П. Бессмельцев, Е.Д. Булушев//Автометрия. -2014. -Т. 50, № 6. -C. 3-21.
  • Завестовская, И.Н. Анализ нелинейных механизмов поглощения света при облучении диэлектриков и широкозонных полупроводников лазерными импульсами фемтосекундной длительности/И.Н. Завестовская, Н.А. Менькова, О.Н. Крохин//Научная сессия МИФИ-2008. Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез. Лазерная физика. Фотоника и информационная оптика. Физика конденсированного состояния вещества. -2008. -Т. 2. -С. 121-123.
  • Molian, P. Picosecond Pulsed Laser Ablation and Micromachining of 4H-SiC Wafers/P. Molian, B. Pecholt, S. Gupta//Applied Surface Science. -2009. -Vol. 255(8). -P. 4515-4520. - DOI: 10.1016/j.apsusc.2008.11.071
  • Dausinger, F. Micro-machining with ultrashort laser pulses: From basic understanding to technical applications/F. Dausinger, H. Hugel, V. Konov//Proceedings of SPIE. -2003. -Vol. 5147. -P. 106-115. - DOI: 10.1117/12.537496
  • Бахман, Ф. Микрообработка материалов пикосекундными лазерами/Ф. Бахман, Д. Мюллер, Б. Климт, Р. Кнаппе//Фотоника. -2013. -№ 1(37). -C. 34-42.
  • Быковский, Н.Е. Изменения структуры поверхности кристалла YAG под действием наносекундных импульсов широкополосного лазерного излучения: морфология кратеров и деформация материала/Н.Е. Быковский, Ю.В. Сенатский, Е.В. Заведеев, В.Г. Ральченко//11-я Международная конференция «Взаимодействие излучений с твердым телом», 23-25 сентября 2015 г., Минск, Беларусь. -C. 39-41.
  • Черноножкин, С.М. Особенности лазерной абляции стекла и стали и их влияние на результаты ЛА-ИСП-МС анализа/С.М. Черноножкин, А.И. Сапрыкин//Аналитика и контроль. -2011. -Т. 15, № 4. -С. 413-420.
  • Вотяков, С.Л. О процессах лазерного испарения и использовании водных стандартов при ЛА-ИСП-МС-анализе/С.Л. Вотяков, Н.Н. Адамович//Литосфера. -2011. -№ 4(49). -С. 56-69.
  • Булгакова, Н.М. Исследование динамики и механизмов лазерной абляции в режимах милли-, нано-и фемтосекундных импульсов/Н.М. Булгакова//Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, Новосибирск. -2002. -385 с.
  • Глаголев, С.П. Кварцевое стекло: его свойства, производство и применение/С.П. Глаголев, под ред. Н.Н. Яроцкого. -М.: ОНТИ, Государственное химико-техническое издательство, 1934. -216 с.
  • Делоне, Н.Б. Нелинейная оптика/Н.Б. Делоне. -М.: Физматлит, 2003. -63 с.
  • Борн, М. Основы оптики/М. Борн, Э. Вольф. -М.: Наука, 1973. -720 с.
  • Мачулка, Г.А. Лазерная обработка стекла. -М.: Советское радио, 1979. -136 c.
  • Климентов, С.М. Роль низкопорогового пробоя воздуха в абляции материалов короткими лазерными импульсами/С.М. Климентов, С.В. Гарнов, В.И. Конов, Т.В. Кононенко, П.А. Пивоваров, О.Г. Царькова, Д. Брайтлинг, Ф. Даусингер//Труды института общей физики им. А.М. Прохорова. -2004. -Т. 60. -С. 13-17.
  • Kononenko, T.V. Formation of antireflective surface structures on diamond films by laser patterning/T.V. Kononenko, V.V. Kononenko, V.I. Konov, S.M. Pimenov, S.V. Garnov, A.V. Tishchenko, A.M. Prokhorov, A.V. Khomich//Applied Physics A. -1999. -Vol. 68(1). -P. 99-102. - DOI: 10.1007/s003390050860
  • Kononenko, V.V. Creation of antireflecting structures on the surfaces of diamond films by method of laser drawing/V.V. Kononenko, T.V. Kononenko, V.I. Konov, S.M. Pimenov, S.V. Garnov, A.V. Tishchenko, A.M. Prokhorov, A.V. Khomich//Quantum Electronics. -1999. -Vol. 29, Number 2. -P. 158-162.
  • Джексон, Р.Г. Новейшие датчики. -M.: Техносфера, 2008. -397 с.
  • Ruprecht, A.K. Confocal micro-optical distance sensor: principle and design/A.K. Ruprecht, C. Pruss, H.J. Tiziani, W. Osten, P. Lücke, A. Last, J. Mohr, P. Lehmann//Proceedings of SPIE. -2005. -Vol. 5856. -P. 128-135. - DOI: 10.1117/12.612008
  • Tiziani, H.J. Confocal principle for macro-and microscopic surface and defect analysis/H.J. Tiziani, M. Wegner, D. Steudle//Optical Engineering. -2000. -Vol. 39, Issue 1. -P. 32-39. - DOI: 10.1117/1.602332
  • Шпейзман, В.В. Использование интерферометрического метода измерения величины и скорости перемещений для неразрушающего контроля материала/В.В. Шпейзман, Н.Н. Песчанская//Физика твердого тела. -2007. -Т. 49, № 7. -С. 1201-1205.
  • Adaptive Optics for Vision Science: Principles, Practices, Design, and Applications/Ed. by J. Porter, H. Queener, J. Lin, K. Thorn, A.A.S. Awwal. -New York: John Wiley & Sons, Inc., 2006. -600 p. -ISBN: 978-0-471-67941-7.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp