Лазерный мир

М. М. Сергеев, Г. К. Костюк // Стекло и керамика. – 2014. – № 4. – С. 7-13, УДК 537.312.52; 544.537; 666.189.242

В современных исследованиях формирование в объеме оптически прозрачных материалов под действием лазерного излучения модифицированных областей (МО) протяженной формы с измененными физико-химическими характеристиками, в том числе и оптическими, привлекает все большее внимание. Широкое применение подобные МО находят в оптике, оптоэлектронике, интегральной оптике и фотонике. В качестве оптических материалов для создания МО используются стекла различного состава [1, 2], в том числе и пористые стекла (ПС), пропитанные растворами солей серебра. Под действием лазерного излучения соли серебра, расположенные в порах пластин ПС, способны разлагаться до ионов, а также перемещаться по каналам пор и восстанавливаться до металлического серебра. Подобные стекла принято называть фотохромными пористыми стеклами (ФХПС).

Перспектива применения ФХПС при лазерной обработке обусловлена, в первую очередь, относительно низким значением вклада энергии в процессы формирования МО, по сравнению с другими альтернативными методами формирования МО в оптически прозрачных материалах.
Целью работы стало создание и дальнейшее исследование МО протяженной формы с измененными физико-химическими характеристиками, в объеме пластины ПС, пропитанного растворами солей серебра, под действием лазерного излучения, слабо поглощаемого стеклом, а так же исследование функциональных возможностей созданных МО.
В эксперименте использовались пластины размером 15×15 мм, толщиной 1,5 мм, полученные пропиткой ПС (с пористостью δ=0,25, состоящие на 94% из SiO2) солями серебра. После всех этапов обработки состав пористых матриц, пропитанных солям серебра, изменялся до следующего состава: 0,25Na2O–3,42B2O3–96,09SiO2–0,24Ag2O.

В качестве источника непрерывного облучения пластин ФХПС использовался иттербиевый волоконный лазер с длиной волны λ=1,07 мкм, расходимостью пучка лазерного излучения θ=0,26 мрад и нестабильностью выходной мощности 1%, средняя мощность в пучке от 5 до 15 Вт которого, фокусировалось с помощью микрообъектива (10×, 0,25).
Размер и формы МО определялись мощностью лазерного излучения P0, длительностью воздействия t и размером области перетяжки пучка df, расположенной в объеме пластины ФХПС на глубине 150–200 мкм.
Формирование МО протяженной формы осуществлялось с помощью фокусировки лазерного излучения в объем пластины ФХПС, перемещаемой с заданной скоростью. В зависимости от величины мощности лазерного излучения и длительности облучения, размер центральной части МО располагался в пределах 50–300 мкм.

Полученные МО в объеме стекла исследовались с помощью оптического микроскопа Carl Zeiss Axio Imager A1 в проходящем и поляризованном свете с увеличением 100× –200×, а также с помощью микроскопа-спектрофотометра МСФУ-К Ю-30.54.072.

Модифицированная область, образовавшаяся в результате лазерного воздействия в пределах фокусировки лазерного излучения, состояла из центральной области с измененными оптическими характеристиками и слоя, окружающего эту область, который содержит частицы металлического серебра, вытесненные из центральной области.
После лазерного облучения, на заключительном этапе обработки ПС, пропитанных раствором солей серебра, пластины ФХПС вместе с МО спекались в печи до формирования пластин ФХКС. После спекания пластины вместе с МО исследовались вновь. Вид МО в поляризованном свете после спекания приобрел более четкие очертания. Кольцевая структура, охватывающая центральную часть МО и представляющая область с высокой концентрацией частиц серебра большого размера, сохранилась и после спекания.

Полное содержание статьи: http://publications.ifmo.ru/file.php?id=592