Лазерный мир

Куц Р.И., Корольков В.П., Микерин С.Л., Окотруб К.А., Белоусов Д.А., Малышев А.И., Саметов А.Р., Шиманский Р.В., Гаврилова Т.А. // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 4. С. 5–17. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-04-05-17

Аннотация:
Предмет исследования.
Объёмная термохимическая лазерная запись наноструктурированных отражающих дифракционных решёток на двухслойном материале Zr/SiO2.

Цель работы. Детально исследовать прямую лазерную запись на тонких плёнках циркония на кварцевых подложках для того, чтобы определить причину аномально высокого фазового сдвига света, отражённого от сформированной структуры, а также рассмотреть возможность создания на основе данного эффекта отражающих дифракционных структур с потенциалом применения в компонентной базе фотоники.

Метод. Термохимическая запись сфокусированным лазерным пучком на плёнках циркония, нанесённых на кварцевые подложки, позволяет формировать оксидированные микрорисунки. Измерение глубины их рельефа на атомно­силовом микроскопе демонстрируют поверхностный рельеф, глубиной не более 10 нм, в то время как измерение на интерферометре белого света показывает рельеф, глубиной до сотен нанометров. Сканирующая электронная микроскопия и анализ спектров комбинационного рассеяния света позволяют получить информацию о внутренней структуре и химическом составе модифицированных областей.

Основные результаты.

Показано, что эффект лазерной записи наноструктурированных отражающих дифракционных решёток на двухслойном материале носит объёмный характер, так как толщина модифицированного слоя на 50–60% больше исходной толщины плёнки Zr. Продемонстрировано, что на поверхности и в глубине модифицированного слоя образуются сфазированные решётки с периодом, равным шагу сканирования лазерного пучка. Модифицированный слой, в зависимости от мощности записывающего пучка, состоит из композиции оксида и нитрида циркония в аморфной или кристаллической фазах, включающей оксид кремния в нижнем слое. Внутренняя решётка состоит из каналов в модифицированном слое, размер сечения которых составляет приблизительно 80 нм. Выдвинута гипотеза о морфологии и механизме формирования сфазированных нанорешёток. Практическая значимость.

Предложено дополнить «сухую» одноэтапную технологию изготовления бинарных отражающих дифракционных структур на двухслойном материале Zr/SiO2 этапом реактивного ионного травления для подстройки эффективности элемента.

Благодарность: работа выполнена за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 22­79­00049).

В исследованиях использовано оборудование Центра коллективного пользования «Спектроскопия и оптика» Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Центра коллективного пользования «Высокие технологии и аналитика наносистем» Новосибирского государственного университета и отделения сканирующей электронной микроскопии Центра коллективного пользования «Наноструктуры» Института физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук.

Полное содержание на https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54018104