Лазерный мир

Вейко В.П., Синёв Д.А., Шахно Е.А., Полещук А.Г., Саметов А.Р.2, Седухин А.Г. // Компьютерная оптика, 2012, том 36, №4, с:562-571

Аннотация
Представлено теоретическое и экспериментальное исследование лазерной термохимической записи дифракционных структур в многопучковом многопроходном режиме. Получены дифракционные структуры на плёнке хрома с периодом 1,6 мкм при делении записывающего пучка решёткой Даммана на 5 пучков. Для повышения точности записи облучение плёнки проводилось за 5 проходов. Предложена методика расчёта температурных полей и распределения толщины окисла в плёнке при многопучковом воздействии. Проведённые расчёты выявили, что, несмотря на взаимное влияние температурных полей от отдельных источников, разрешающая способность записи оказывается достаточно высокой для получения структур микронного масштаба. Показано, что использование многопроходного режима облучения приводит к увеличению контраста и точности записываемых треков при сохранении высокого разрешения.

Описание на английском:

RESEARCHING THE FEATURES OF MULTIBEAM LASER THERMOCHEMICAL RECORDING OF DIFFRACTIVE MICROSTRUCTURES
V.P. Veiko, D.A. Sinev, E.A. Shakhno, A.G. Poleshchuk, A.R. Sametov, A.G. Sedukhin
1 Saint-Petersburg State National Research University of the Informational Technologies, Mechanics and Optics,
2 Institute of Automation and Electrometry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Abstract
The theoretical and experimental study of the laser thermochemical writing of diffractive microstructures
at the multibeam and multipass regime were presented. The diffractive structures with the spacing of 1.6 microns on thin chromium film were received using laser writing beam divided for 5 parts by Dammann grating. Exposure of the chromium film was carried out at 5 runs to improve the accuracy of recording. Estimation method of the temperature fields and oxide distribution in film was proposed. Carried out calculations shown that despite the mutual influence of
temperature fields from different beams, the recording resolution is high enough for obtaining the micron-scale structures. Using the multipass regime as shown increases the contrast and precision of tracks while the high resolution saves.

Технология формирования поверхностных структур методом локального лазерного окисления тонких металлических плёнок уже многие годы исследовалась и использовалась для самых различных применений [1, 2]. В последние годы интерес к этой проблеме резко возрос в связи с тенденцией перехода многих приложений в область микро- и наноразмерных элементов.
Одним из перспективных направлений применения технологии локального лазерного окисления тонких металлических плёнок является изготовление дифракционных оптических элементов (ДОЭ) [3].
При этом существует ряд типов ДОЭ, для изготовления которых предпочтительной является не прямоугольная, а полярная система координат. К ним относятся основная часть фокусирующей оптики, формирователи бездифракционных пучков, корректоры асферических волновых фронтов и т. д. [4, 5, 6] Запись бинарных амплитудных микроструктур с помощью КЛЗС может быть осуществлена как посредством записи промежуточного изображения в фоторезисте, нанесённом на плёнку хрома, так и методом прямой лазерной записи в плёнках хрома, нанесённых на поверхность подложки. Нагрев лазерным лучом вызывает образование тонкого оксидного слоя на поверхности и изменение химико-физических свойств по всей толщине плёнки [2, 9]. Этот термохимический эффект позволяет осуществить прямое формирование дифракционной структуры с пространственным разрешением свыше 1000 мм-1 на плёнках хрома [3, 10]. После экспонирования сфокусированным до минимального размера лазерным пучком плёнка хрома погружается в жидкостный щелочной травитель, в котором металлический хром растворяется значительно быстрее, чем оксид хрома.
Маскирующее покрытие остаётся на тех участках, которые экспонировались лазерным пучком и защищены оксидным слоем. Прямой метод формирования дифракционных структур в плёнках хрома является оптимальным при изготовлении особо точных ДОЭ на нестандартных подложках (например, большого размера и толщины), так как устраняются операции нанесения и проявления фоторезиста.
В настоящей работе теоретически обоснована и экспериментально продемонстрирована возможность многопучковой прямой лазерной записи дифракционных структур на плёнках хрома термохимическим методом. Исследованы особенности многопроходной лазерной записи (сканирование плёнки по одному и тому же треку) узких зон ДОЭ. Выявлены изменения свойств плёнки при окислении в каждом проходе в цепи положительной обратной связи, возникающей при многопроходной записи. Показана возможность прямой лазерной записи ДОЭ типа дифракционного аксикона с периодом 1,6 мкм.

Полное содержание статьи: http://www.computeroptics.smr.ru/KO/PDF/KO36-4/36413.pdf