Наноструктурирование поверхности металла и формирование резонансных микроструктур под действием фемтосекундных импульсов поляризованного излучения

Научная библиотека Комментариев к записи Наноструктурирование поверхности металла и формирование резонансных микроструктур под действием фемтосекундных импульсов поляризованного излучения нет

В.А. Воробьев, В.С. Макин, Чунле Гуо // материалы V Международного оптического конгресса «ОПТИКА-XXI ВЕК» (20 — 24 октября 2008 г.), с: 196-201

Экспериментально исследовано явление микро- и наноструктурирования поверхности вольфрама под действием серии импульсов лазерного излучения с λ=800 нм и τ=66 фс. Показано, что образуются регулярные резонансные периодические структуры с двумя характерными пространственными масштабами 500 нм и 30 нм, формирующиеся по поляритонному механизму. Объяснено образование структур с масштабом 30 нм. Обсуждаются результаты и причины сильного изменения эффективной поглощательной способности поверхности.

Известно об эффекте наноструктурирования поверхности металла под действием импульсов фемтосекундного излучения. В работе рассмотрены особенности микро- и наноструктурирования поверхности вольфрама под действием серии импульсов фемтосекундного излучения (λ=800нм, τ=66 фс). На рис.1 приведены характерные области разрушения поверхности вольфрама под действием серии импульсов излучения, для плотности энергии Q=0.17 Дж/см2, N=2000. Здесь N – количество импульсов воздействующего излучения. На рис. 1а видны периодические микроструктуры, с характерным масштабом порядка d~λ≈500 нм, формирование которых связано с интерференцией падающего излучения с поверхностными плазмонами, а на рис.1б – виден периодический рельеф с характерным масштабом 30 нм, ранее не наблюдавшийся в экспериментах с металлами. Хотя основные параметры периодического микрорельефа (период, ориентация по отношению к вектору поляризации падающего излучения) совпадают с предсказываемыми поляритонной моделью, есть определенные трудности в выполнении условий существования ПП на границе вольфрам-воздух. Определим условия существования поверхностных плазмонов для границы раздела вольфрам-воздух на длине волны воздействующего излучения λ [1]:
Re ε(λ=0.8мкм)< -1 (1) Из формулы (1) и данных таблицы 1 видно, что на длине волны лазерного излучения условие существования ПП для границы раздела вольфрам-воздух не выполняется. Следовательно, для этой границы раздела поверхностные плазмоны (ПП) не должны существовать и возбуждаться. Однако экспериментальные результаты по формированию лазерно-индуцированных периодических
поверхностных структур (ППС) прямо указывают на возбуждение ПП и их интерференцию с падающей волной.

Резонансные нанорешетки, сформированные при их интерференции с падающим излучением, обеспечивают дополнительный канал поглощения падающего лазерного излучения, при возбуждении ПП и их диссипации в металле. ПП в левой среде, возбуждаемые объемным излучением, обладают большими коэффициентами затухания [6]. Нагретая поверхность наноструктурированного W обладает дополнительным каналом для излучения, через трансформацию ПП на нанорешетках.

Таким образом, ПП с большими волновыми векторами приводят к формированию мелкомасштабного упорядоченного нанорельефа на поверхности W и создают дополнительный канал увеличения эффективной поглощательной способности (Аэфф) его поверхности. Согласно принципу Кирхгофа, за счет этого рельефа дополнительно увеличивается и излучательная способность поверхности W.

Обычно период микроструктур, образующихся при воздействии лазерного излучения на металлы в рамках поляритонной модели, имеет вполне определенную величину (здесь мы не рассматриваем угловую зависимость и считаем, что свет падает по нормали к поверхности), определяемую дисперсией ПП [7].

Действительно, образование наноструктур обеспечивает наличие локальных центров, на которых осуществляется рассеяние лазерного излучения, в том числе в цилиндрические поверхностные плазмоны и диссипация энергии последних в металле. На этом этапе образуются промежуточные ППС, постепенно преобразующиеся в линейный резонансный микрорельеф. Соотношение вкладов в эффективную поглощательную способность изменяется в зависимости от плотности энергии излучения.

Полное содержание статьи: http://www.niiki.ru/doc/konf/po2006/2_54.pdf

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top