Новости

Jul 18, 2023

Оптические и структурные характеристики фемтосекундной лазерной письменной микросхемы

Scientific Reports Volume 13, Номер статьи: 11050 (2023) Цитировать эту статью 524 Доступы Метрики Подробности Мы сообщаем о прямой фемтосекундной лазерной записи в цинк-барий-галлогерманатных стеклах. А

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 11050 (2023) Цитировать эту статью

524 доступа

Подробности о метриках

Сообщается о прямой фемтосекундной лазерной записи в галлогерманатных стеклах цинк-бария. Сочетание спектроскопических методов позволяет продвинуться в понимании механизмов, происходящих в зависимости от энергии. В первом режиме (тип I, изотропное изменение локального индекса) до 0,5 мкДж основным явлением является генерация ловушек зарядов, контролируемых люминесценцией, а также разделение зарядов, обнаруженных с помощью измерений генерации поляризованной второй гармоники. При более высоких энергиях импульса, особенно при пороге, соответствующем 0,8 мкДж, или во втором режиме (модификации типа II, соответствующие энергетической области образования нанорешеток), основным явлением является химическое изменение и реорганизация сетки, о чем свидетельствует появление молекулярного O2. видно в спектрах комбинационного рассеяния света. Кроме того, поляризационная зависимость генерации второй гармоники в типе II указывает на то, что организация нанорешеток может быть нарушена лазерно-импринтированным электрическим полем.

Фемтосекундная лазерная прямая запись (FLDW) позволяет изменять показатель преломления с высокой локализацией с минимальными повреждениями от бокового удара1,2,3,4. На данный момент ни один другой производственный процесс не обладает потенциалом для интеграции многофункциональных 3D-компонентов в одном монолитном чипе и в различных прозрачных материалах. Такие стекла, как SiO2 и GeO2, представляют собой две хорошие модельные системы стекла, которые использовались для исследования изменений, вызванных фс-лазером. Брессель и др. сообщили о структурных модификациях в стекле GeO2, вызванных сильно сфокусированным лучом фемтосекундного лазера5,6,7. В силикатных стеклах изменение распределения элементов, включая модификаторы сетки, наблюдалось под воздействием высокочастотного фемтосекундного лазерного облучения8. Эти результаты показывают, что эффективной движущей силой является резкий градиент температуры, который возникает из-за накопления тепла вокруг фокального объема. Однако при низкой частоте повторений в зависимости от режима лазера возникают нанорешетки, состоящие из самосборки наноструктур в направлении, перпендикулярном поляризации света9. Нанорешетки обладают несколькими специфическими свойствами, такими как анизотропное светорассеяние, зависящая от длины волны отражательная способность и двойное лучепреломление, которые находят практическое применение в микрофлюидных каналах10, преобразователях поляризации света11 и сверхстабильных 5D-оптических хранилищах данных12.

Силикатные стекла являются одним из наиболее распространенных стекловидных материалов, известных своими универсальными платформами FLDW13, благодаря своей коммерческой доступности, превосходной оптической прозрачности и физико-химической стабильности. Тем не менее, что касается фотонных приложений, использование силикатных стекол ограничено ближней инфракрасной областью (λ < 2 мкм) и не соответствует растущему спросу на приложения среднего ИК-диапазона (до 8 мкм), требующие 3D-лазерного производства миниатюрные, легкие и недорогие оптические компоненты. В свою очередь, это вскоре приведет к их долгожданной коммерциализации для различных областей применения не только в гражданских целях (домотехника, смартфон, автомобиль), но также в сфере безопасности и военных целях, включая обнаружение токсичных газов, обнаружение взрывчатых веществ и идентификацию мер противодействия, а также биофотоника (медицина), такая как спектральное картирование тканей для медицинской диагностики14. Следовательно, для доступа к вышеупомянутому среднему ИК-диапазону необходимо использовать матрицы несиликатного стекла, такие как халькогениды15, фториды16 или оксиды тяжелых металлов (HMO)17. На сегодняшний день образование нанорешеток в неоксидных стеклах не продемонстрировано. Таким образом, среди этих потенциальных оптических материалов в качестве потенциальных кандидатов появились стекла из оксидов тяжелых металлов (HMO) и, более конкретно, стекла из галло-германата бария (BGG), поскольку они обладают комбинацией различных свойств18: высокая растворимость ионов редкоземельных металлов, химическая стабильность, превосходная механическая прочность, широкая оптическая прозрачность до ~ 6 мкм в среднем ИК-диапазоне, а также способность формировать волокно.