Введение 5
1 Литературный обзор 7
1.1 Виды оптических структур в прозрачных средах 7
1.2 Механизмы передачи энергии 11
1.3 Механизмы модификации показателя преломления 17
1.4 Влияние состава стекла 23
2 Практическая часть 26
2.1 Разработка схемы установки по модификации показателя преломления прозрачных материалов 26
2.2 Описание экспериментальной установки 28
2.2.1 Разработка алгоритма выравнивания плоскости 38
2.2.2 Анализ полученных изображений поверхности 40
2.3 Разработка необходимой технологической оснастки для фиксации 44
2.4 Результаты экспериментов 47
Заключение 51
Список использованных источников 52
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы на основании литературных источников и имеющихся научно-исследовательских публикаций были рассмотрены методы изменения показателя преломления оптических структур путем модификации их лазерным излучением.
Были рассмотрены виды оптических структур, их применение. Был разработан алгоритм выравнивания плоскости образца для более равномерной записи оптических структур. Разработан узел крепления образца, предназначенный для точного позиционирования образца при лазерной обработке.
Разработан стенд для осуществления управляемой записи оптических структур фемтосекундным лазерным излучением в объеме прозрачных образцов. Проведена серия экспериментов по формированию оптических структур с заданной геометрией.
Собраны схемы визуализации модифицированных областей с использованием УФ фемтосекундного лазерного излучения. Показано, что записанные оптические структуры люминесцируют при воздействии данного излучения. При использовании измерителя профиля интенсивности в схеме на прохождение лазерного излучения основной длины волны происходит пространственное перераспределение интенсивности по траектории записанных структур. Использование данной технологии лазерной модификации прозрачных образцов может быть использована для изменения пространственного распределения заданной формы.
1) Делоне Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. – М., 1989. – 280 с. – ISBN 5-02-1Н4О5Н-2.
2) Варжель С.В., Волоконные брэгговские решетки //СПб: Университет ИТМО. – 2015. – 65 с.
3) Ashkenasi D. Muller G. Rosenfeld A. Stoian R. Hertel I. V. Bulgakova N. M. Campbell E. E. B. Fundamentals and advantages of ultrafast microstructuring of transparent materials // Applied Physics A, 77. -2003. –P. 223-228.
4) Florea C. Winick K. A. Fabrication and characterization of photonic devices directly written in glass using femtosecond laser pulses // Journal Of Lightwave Technology, vol. 21, - 2003. - P. 246-253.
5) Jones S. C. Braunlich P. Casper R. T. Shen X. A. Kelly P. Recent progress on laser-induced modifications and intrinsic bulk damage of wide-gap optical-materials // Optical Engineering, 28 – 1989. – P. 1039–1068.
6) Schaffer C. B. Jamison A. O. Mazur E. Morphology of femtosecond laserinduced structural changes in bulk transparent materials // Applied Physics Letters, 84(9). – 2004. - P. 1441-1443.
7) Korte F. Koch J. Serbin J. Ovsianikov A. Chichkov B. N. Three-Dimensional Nanostructuring With Femtosecond Laser Pulses // IEEE Transactions on Nanotechnology, 3(4). – 2004. - P. 468-472.
8) Делоне Н.Б., Многофотонные процессы // Соросовский образовательный журнал. – 1996. – №3. – C. 75-81.
9) Делоне Н. Б., Крайнов В.П. Туннельная и надбарьерная ионизация атомов и ионов в поле лазерного излучения // УФН 168. –1998. – C. 531–549.
10) Келдыш Л.В., Ионизация в поле сильной электромагнитной волны // ЖЭТФ. – 1964. – Т. 47, C. 1307–1314.
11) Ya. Cheng, K. Sugioka, K. Midorikawa. Microfabrication of 3D hollow structures embedded in glass by femtosecond laser for Lab-on-a-chip applications. // Applied Surface Science. 2005. - № 248. - P.172–176.
12) H. Hosono, K. Kawamura, S. Matsuishi, M. Hirano. Micro and nano-machining of transparent dielectrics by interfered two short laser pulses. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 2002. - № 191. - P.89–97.
13) Rebollar, E., Castillejo, M. & Ezquerra, T. A. Laser induced periodic surface structures on polymer films: From fundamentals to applications. Eur. Polym. J. 73, 162–174 (2015).
14) Sugioka, K. et al. Femtosecond laser 3D micromachining: a powerful tool for the fabrication of microfluidic, optofluidic, and electrofluidic devices based on glass. Lab Chip 14, 3447–3458 (2014).
15) Dubov M. et al. Low-loss waveguides in borosilicate glass fabricated by high- repetition-rate femtosecond chirp-pulsed oscillator // Proceedings of the Lasers and Electro-Optics 2009 and the European Quantum Electronics Conference. CLEO Europe-EQEC. 2009. P. 1
16) Hnatovsky C. et al. Pulse duration dependence of femtosecond-laser-fabricated nanogratings in fused silica // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87, № 1. P. 2005–2007.
17) Gross S. et al. Ultrafast Laser Inscription in Soft Glasses: A Comparative Study of Athermal and Thermal Processing Regimes for Guided Wave Optics // Int. J. Appl. Glas. Sci. 2012. V. 3, № 4. - P. 332–348
18) Zhou K. et al. Line-by-line fiber bragg grating made by femtosecond laser // IEEE Photonics Technol. Lett. 2010. V. 22, № 16. - P. 1190–1192.
19) Osellame R., Cerullo G., Ramponi R. Femtosecond laser micromachining: photonic and microfluidic devices in transparent materials. Springer Science & Business Media, 2012. V. 123.
20) Della Valle, G., Osellame, R., and Laporta, P., "Micromachining of photonic devices by femtosecond laser pulses," Journal of Optics A: Pure and Applied Optics 11, 013001 (2009).
21) Liu, X., Du, D., and Mourou, G., "Laser ablation and micromachining with ultrashort laser pulses," Quantum Electronics, IEEE Journal of 33(10), 1706-1716 (1997).
