Лазерный мир

Для передачи сигналов внутри устройства необходимо предельное количество оптоволокна. Нельзя просто обрезать его и все будет работать так же хорошо. Именно по сей причине ученые начали изучать альтернативные методы и материалы для передачи сигналов, которые позволили бы уменьшить различные устройства в размере. Плоские волноводные усилители на базе необычного стекла стали одним из открытий в подобных исследованиях. Однако любая технология должна пройти долгий этап совершенствования. Сегодня мы познакомимся с исследованиями абляции фемтосекундным лазером поверхности теллуритового стекла с примесью из Er2O3. Какими особенностями обладают «участники» опытов и каких результатов добились ученые? Ответы будем искать в докладе исследователей. Поехали.

Суть исследования

Исследователи из университета Лидса (Великобритания) провели лазерные исследования необычного типа стекла, которое может стать отличным материалом для широкополосных плоских волноводных усилителей. Материал был получен путем легирования эрбием** вещества из цинка, натрия и теллура.

Помимо прочего, исследователи использовали ультрабыструю лазерную плазменную абляцию: лазер высокой интенсивности направляется на поверхность стекла, легированного эрбием; луч лазера пробивает небольшие воронки (впадины) на поверхности стекла, что приводит к формированию тонкой пленки из материала, выработанного во время формирования воронок. Примитивный, но все же пример: после попадания снаряда в землю, образуется воронка, а земля засыпает все вокруг точки попадания.

В момент формирования воронок, исследователи нацеливали свое внимание на порог *абляции** стекла. Также были выявлены связи между порогом абляции и диаметром лазерного луча, числом импульсов и концентрацией эрбия в области лазерного «удара».

**Абляция*** — метод удаления вещества с поверхности лазерным импульсом.

Оптические свойства образцов
Проведение рентгенограммы показало, что образцы аморфны. Внедрение 1.5 моль-процента Er2O3 в состав образца увеличило его плотность с 5.18 до 5.27 г/см3. Такое увеличение обосновано заменой TeO2 на Er2O3, обладающий большей молекулярной массой. Показатель преломления теллуритового стекла составляет 2.048. А увеличение числа ионов Er3+ привело к тому, что образец стал темно-розового цвета (до этого был прозрачен), что связано с переходом электронов в возбужденное состояние.

При другой концентрации допанта образцы показали схожие результаты, когда пики увеличивались при увеличении концентрации Er3+ ионов в стекле. Дабы понять все свойства образца необходимо уделить внимание и образованным на нем воронкам.

Вокруг воронок наблюдаются выступающие края, высотой от 20 до 50 нм. С увеличением флюенса лазера высота краев также увеличивается. Помимо прочего были замечены радиальные всплески. Подобные черты обусловлены формированием тонкой расплавленной области под зоной абляции и потоком, генерируемым плазмой. То есть, при низком флюенсе лазера давление плазмы может быть слишком мало, чтобы произошло выделение расплавленного материала из воронки. В следствии таких факторов возникает повторное затвердевание, приводящее к формированию плоского дна воронки.

2b это снимки дифференциального интерференционно-контрастного микроскопа, на которых мы видим воронки, образованные при мощности лазерного импульса 45.8 мкДж, размере точки воздействия 13.9 мкм и различном числе импульсов.

На изображении выше представлены снимки воронок при разном флюенсе лазера и числе лазерных импульсов от 10 до 32.

Иррадиация из 32 импульсов, будучи достаточно близко к порогу абляции, приводит к формированию волнистой поверхности воронки (3d), чего нет на образце при 10 импульсах (3а).

Подобные «волны» были наиболее отчетливы и однородны, когда флюенс менее чем в 5 раз превышал порог импульсной абляции (0.85 Дж/см2). Периодичность волн составляла 1.4 мкм, что есть больше, чем длина падающей волны.

На 3e и 3f можно увидеть неровности окружности и гладкость в середине воронки, где гауссовский луч имел меньший флюенс. Если же флюенс еще больше, то образуется столбовидная область (3f).

Допант Er3+ ион
Измерения порога абляции образца с добавленным Er3+ ионом и размером области лазерного воздействия 13.9 мкм не показали значительных изменений при смене концентрации допанта.

Полное содержание статьи: http://www.nanonewsnet.ru/news/2018/lazernaya-ablyatsiya-telluritovoe-steklo-dopant-er2o3