Лазерный мир

Ольхова Анастасия Александровна // Каталог проектов интенсива Университета 2035 «От идеи к прототипу»

Устройства газового анализа важны для мониторинга окружающей среды и защиты её от выбросов в атмосферу различных отравляющих газов. Применение данных устройств является необходимым условием для безопасной работы крупных нефтеперерабатывающих, химических других предприятий, производства которых связаны с токсичными и вредными для природы и здоровья человека веществами. В конструкции большинства устройств газового анализа фоточувствительным элементом является полупроводниковая пленка, оптические характеристики которой корректируются с помощью тепловой обработки в печи. Такой метод повышения фоточувствительности пленок PbSe является технологически сложным в реализации, что в большинстве случаев не поддается контролю и выдает высокий процент брака на стадии изготовления фотодетекторов устройства.

Альтернативой использования тепловой обработки в печи является лазерная модификация структуры и свойств таких пленок. Применение лазерного облучения позволяет осуществить локальную модификацию структуры и, вместе с этим, прогнозируемое изменение оптических и электрических характеристик пленок. Фототермическое действие на пленку при лазерном облучении приводит к резкому и локальному нагреванию материала с последующей структурно-фазовой модификацией за счет высоких температуры, ее градиента и скорости нагрева/охлаждения. Результатом такой модификации структуры становится лазерная коррекция фоточувствительности материала в определенном спектральном диапазоне.

Развитие и внедрение этой технологии позволит существенно улучшить чувствительность устройств газового анализа, а также изменить их конструкцию, сделав более компактными и менее энергозатратными. Кроме того, лазерная обработка халькогенидных пленок, в отличие от тепловой обработки в печи, может быть полностью автоматизирована, что повысит процент выхода годной продукции и снизит себестоимость производства. Не менее важной задачей становится оценка качества халькогенидных пленок после лазерного облучения, учитывающая изменение оптических и электрических характеристик материала. Решение такой задачи позволит совершенствовать функциональные элементы оптоэлектроники, фотовольтаики, сенсорики и микроаналитики.

Для лазерной модификации структуры пленок Ag-PbSe использовались волоконные импульсные иттербиевые лазеры с наносекундной длительностью импульсов, частотой их повторения от 2,5 до 100 кГц, длиной волны излучения 1,064 мкм и средней мощностью излучения до 50 Вт. Движение лазерного пятна в плоскости обработки задавалось поворотом зеркал сканирующей гальванометрической системы. После зеркал лазерный пучок фокусировался f-theta линзой в плоскость обработки с полем 100×100 мм до диаметра 50 мкм. Максимальная средняя плотность мощности падающего на пленку излучения в режиме лазерного воздействия составляла 2165,6 кВт/см2 при длительности и частоте следования импульсов от 4 до 20 нс и от 10 до 285 кГц соответственно. Модификация структуры пленок осуществлялась построчным сканированием при скорости движения лазерного пятна от 5 до 200 мм/с.

Опубликовано на https://pt.2035.university/project/lazernaa-modifikacia-detektora-gazoanalizatora

Видео по теме

Производство линз и F-Theta объективов для лазерных систем. Лазерный Центр. Россия