Содержание |
Прямая лазерная запись (direct laser writing) в объёме различных оптических сред зарекомендовала себя как гибкая и эффективная технология формирования волноводов и волноводных цепей в трёх-мерном формате. Этот метод позволяет структурировать показатель преломления среды с микронным и субмикронным разрешением. [1]
2022: В ИТМО изучили прямую лазерную запись нанорешеток
6 мая 2022 года научные сотрудники факультета наноэлектроники Университета ИТМО сообщили о том, что совместно с коллегами из ФИАН, РХТУ им. Д. И. Менделеева и НИЯУ МИФИ провели исследование, в котором выяснили, что нанорешетки обладают высокой спектральной селективностью. Их слои могут использоваться как фильтры для конкретных длин волн, а на одной пластине стекла возможно записать до шести слоев. Благодаря этой технологии ученые реализовали дисперсионные двулучепреломляющие фильтры, которым можно найти разное применение: например, для создания биохимических сенсоров для диагностики протока бактерий или дисплеев дополненной и виртуальной реальности с цветным изображением.
Как сообщалось, в течение двух лет ученые по моделированию, разработке и тестированию интегральных оптических элементов для построения волноводного голографического перископа — ключевого элемента очков дополненной и виртуальной реальности следующего поколения. Шлемы виртуальной реальности обычно ограничивают обзор пользователей — а «умные» очки дополняют визуальное пространство и выводят дополнительную информацию о предметах и окружающей среде.Метавселенная ВДНХ 
Чтобы создать такое устройство, необходимо решить несколько задач, например как передать изображение человеку через стекло очков и сделать картинку цветной. Для этого научные сотрудники ИТМО лазерно-плазменный метод обработки стекла (ЛИМП). Он позволяет создавать преобразователи лазерных пучков, которые активно применяются в проекте для нанесения структур с субмикронным периодом. Затем с помощью метода прямой лазерной записи были получены объемные периодические структуры внутри стекла с измененным показателем преломления. Подробнее здесь.
2020: Российские химики «подковали» лазер
22 декабря 2020 года стало известно о том, что ученые из РХТУ и ИОФ РАН изучили роль пластических деформаций в прямой лазерной записи, и то, как их можно применить в оптических чипах для квантовых компьютеров.
Как пояснялось, российские ученые из РХТУ и ИОФ РАН исследовали, что происходит при воздействии лазерного излучения на один оптических кристаллов - иттрий-алюминиевый гранат, и показали, что ключевую роль в прямой лазерной записи играют пластические деформации. С помощью прямой лазерной записи можно получать оптические микросхемы в объеме стекол и кристаллов, чтобы, например, создать на маленьком кусочке материала сотни микролазеров. Работа опубликована в журнале Scientific Reports. Исследование поддержано Российским научным фондом.
 | Человечество с незапамятных времен использует возможности пластической деформации, например при ковке металла. Однако в нашем исследовании мы, возможно, впервые описываем пластическую деформацию, инициируемую не на поверхности кристалла, как обычно происходит при механическом давлении на образец, а внутри него. прокомментировал Андрей Охримчук, сотрудник РХТУ и ИОФ РАН, один из авторов работы |  |
Если на стекла или кристаллы направить сфокусированное и интенсивное лазерное излучение, то прямо внутри них можно нарисовать разные оптические структуры. Такой метод называют прямой лазерной записью. Часто в нем используют фемтосекундные лазеры, которые генерируют импульсы малой длительности в 10-13 секунды. Их интенсивность столь большая, что если перемещать материал вдоль жестко сфокусированного фемтосекундного лазерного луча, то в определенной области внутри него будет изменяться химическая структура и, как следствие, показатель преломления. Так можно сделать оптический волновод - это аналог проводов на электрических микросхемах, только по волноводу распространяются не электроны, а оптические сигналы.
Для хорошего волновода нужно, чтобы показатель преломления однородно изменялся по всей его длине - так излучение будет двигаться по нему, как по трубе, и никуда не "вытекать". Но чтобы точно управлять прямой лазерной записью, нужно хорошо понимать какие физико-химические процессы за ней стоят - что именно происходит с материалом, когда его облучают фемтосекундными лазерными импульсами. Однако, если причины изменения показателя преломления при записи в стеклах ученым уже понятны, то аналогичные явления в кристаллах изучены гораздо хуже, хотя они и больше подходят для создания оптических волноводов.
| | Предложенный нами механизм может быть актуален не только для иттрий-аллюминиевого граната, но и других кристаллов, что поспособствует исследованиям прямой фемтосекундной лазерной записи. Поэтому наши результаты могут сыграть важную роль в развитии подходов для создания микро- и наноструктур в кристаллах, которые востребованы при получении компактных лазерных источников для промышленности и медицины, оптических чипов для квантовых компьютеров, а также записи информации с неограниченным сроком хранения. отметил Андрей Охримчук | |
В работе ученые фокусировали лазерный луч внутри материала и постепенно перемещали его, изменяя от эксперимента к эксперименту скорость движения фокуса и энергию лазерного импульса. Затем исследователи смотрели, как от этих действий изменяется показатель преломления кристалла. Оказалось, что он значительно уменьшается в местах пластических деформаций, вызванных лазерным излучением, а интенсивность этого эффекта определяется образованием и скольжением дислокаций - линейных дефектов кристаллической решетки.
Исследователи выделили три варианта пластических деформаций. В первом дислокации скользят свободно в объеме материала, во втором их становится так много, что они мешают перемещению друг друга, а в третьем концентрация дислокаций оказывается промежуточной и они образуют регулярные микроструктуры в кристалле. Сценарий же пластической деформации и, в конечном счете, показатель преломления модифицированного лазерным излучением участка граната, определяется прежде всего количеством лазерных импульсов, попадающих в одну точку - то есть задается режимом лазерной записи. Таким образом, ученые установили, как, меняя режим лазерной записи в иттрий-алюминиевом гранате, можно управлять структурой создаваемого в его объеме оптического волновода.
Это может быть полезно для создания волноводных микролазеров. Обычный лазер представляет собой сложную систему оптических элементов, сердцем которой служит так называемая активная среда - оптический кристалл, размером от нескольких сантиметров, в котором при возбуждении генерируется и испускается излучение. Но вместо объединения сложных элементов создать лазер - или даже сотни микролазеров - можно и «нарисовав» его микросхему на кусочке оптического кристалла. Раньше ученые делали это с помощью электронной литографии или других дорогих и сложных методов, но в последнее время применяют прямую лазерную запись – достаточно как раз правильно настроить параметры записи и необходимую схему можно «нарисовать» за несколько минут.
Смотрите также
Примечания
