Research Results 06

2019

Высокоразрешающая лазерная запись на плёнках циркония

Показано, что тонкие пленки циркония, напыленные на подложки из плавленого кварца и подвергнутые лазерно-индуцированному окислению, являются перспективной средой для создания нанорешеток с контролируемым периодом. При построчном сканировании сфокусированным лазерным пучком диаметром 700 нм пленок циркония толщиной 80–110 нм, зарегистрировано формирование решеток из дорожек с шириной 70–100 нм (рис. 1, а) и с периодом, равным шагу сканирования. Экспериментально установлено, что дорожки в виде трещин или деформаций возникают по контуру пространственного распределения температуры, индуцированного пучком непрерывного лазерного излучения (рис. 1, б и в). При включении излучения, этот контур постепенно смещается от центра пятна к периферии после расширения нагретой области (рис. 1, в). Трещины или деформации возникают под действием термомеханических напряжений на границе пленки металла и оксидной дорожки, толщина которой резко растет в процессе окисления металла.

l06 2019 ris1 1

Рис.1. Решетки, записанные с периодом 300 нм: изображение скола (а) и фрагменты наноструктуры при выключении (б) и включении (в) лазерного пучка, движущегося справа налево

  1. Korolkov V.P., Sedukhin A.G., Belousov D.A., Shimansky R.V., Khomutov V.N., Mikerin S.L., Spesivtsev E.V., Kutz R.I. Increasing the spatial resolution of direct laser writing of diffractive structures on thin films of titanium group metals // Proceedings of SPIE: Vol. 11030: Holography: Advances and Modern Trends VI. – 2019. – Paper. 110300A. – DOI 10.1117/12.2520978.
  2. Korolkov V.P., Sedukhin A.G., Mikerin S.L. Technological and optical methods for increasing the spatial resolution of thermochemical laser writing on thin metal films // Optical and quantum electronics. – 2019. – Vol. 51, is. 12. – P. 389. – DOI 10.1007/s11082–019–2111–6.
  3. Korolkov V.P., Mikerin S.L., Okotrub K.A., Sametov A.R., Malyshev A.I. High–resolution laser fabrication of amplitude diffractive structures on thin metal films // SPIE/COS PHOTONICS ASIA. Proceedings of SPIE: Nanophotonics and micro/nano optics IV / Beijing, China (October 11–13, 2018). – Vol. 10823. – 2018. – Paper 108230X. – DOI 10.1117/12.2501246.

 

Высокопроизводительная запись термохимических лазерно-индуцированных периодических структур на пленках металлов

Впервые продемонстрировано формирование высокоупорядоченных термохимических лазерно-индуцированных периодических структур (ТЛИППС) при воздействии сфокусированного астигматического гауссова пучка. Период структур в зависимости от условий облучения изменяется с 680 нм до 950 нм при использовании длины волны 1026 нм. Ориентация структур определяется направлением поляризации падающего линейно-поляризованного излучения. Максимальная скорость записи зависит от свойств металла, и в случае гафния составляет 3 мм/с, что при размере пучка 150 мкм дает производительность 0,5 мм2/с. Показана возможность практического применения структур для создания элементов защитных голограмм. Исследованный метод формирования ТЛИППС может быть применен для экономически-эффективного синтеза амплитудных масок периодических структур, дифракционных решеток, для изменения оптических и физических свойств поверхностей (смачиваемость, коэффициент трения, электропроводность).

l06 2019 ris2

Микроизображение ТЛИППС, сформированной при воздействии астигматического гауссова пучка (зеленый эллипс). Стрелка на рисунке показывает направление сканирования пучка

  1. Dostovalov A.V., Korolkov V.P., Okotrub K.A., Bronnikov K.A., Babin S.A. Oxide composition and period variation of thermochemical LIPSS on chromium films with different thickness // Optics express. – 2018. – Vol. 26. – №. 6. – P. 7712-7723.
  2. Dostovalov A.V., Derrien T., Lizunov S.A., Preucil F., Okotrub K.A., Mocek T., Korolkov V.P., Babin S.A., Bulgakova N.M. LIPSS on thin metallic films: New insights from multiplicity of laser–excited electromagnetic modes and efficiency of metal oxidation // Applied Surface Science. – 2019. – Vol. 491. – P. 650–658. – DOI 10.1016/j.apsusc.2019.05.171.
  3. Dostovalov A.V., Okotrub K.A., Bronnikov K.A., Terentyev V.S., Korolkov V.P., Babin S.A. Influence of femtosecond laser pulse repetition rate on thermochemical laser–induced periodic surface structures formation by focused astigmatic Gaussian beam // Laser physics letters. – 2019. – Vol. 16, № 2. – Paper. 026003. – DOI 10.1088/1612–202X/aaf78f.
  4. Достовалов А.В., Терентьев В.С., Бронников К.А., Белоусов Д.А., Корольков В.П. Влияние скорости сканирования на формирование ТЛИПСС радиально-симметричным и эллиптическим гауссовым фемтосекундным лазерным пучком // Прикладная фотоника. – 2018. – Т. 5. – № 3. – С. 157-172.
  5. Белоусов Д.А., Достовалов А.В., Корольков В.П., Микерин С.Л. Метод обработки микроизображений для анализа структур ТЛИППС // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 6. – C. 936–945. – DOI 10.18287/2412-6179-2019-43-6-936-945.