Ученые в Университете ИТМО эффективно развивают метод ЛИМП (лазерно-индуцированная микроплазма) для обработки стекла. Метод ЛИМП реализуется на индустриальных лазерных установках, оснащенных волоконными лазерными источниками.
Чтобы управлять лазерным пучком в лаборатории, ученым необходимо много разных приспособлений: специальные линзы, дифракционные решетки, волноводы. Это сложно сделать. Управляемое формирование нанорельефа на поверхности стекла превращает пластину стекла в функциональный оптический элемент, преобразующий прошедшее лазерное излучение. Такие преобразованные пучки широко применяются для реализации "оптического пациента", прецизионной обработки материалов, высокоразрешающей микроскопии.
Наилучший результат достигается при использовании фотолитографии. Впрочем, процедура очень дорогостоящая из-за большого количества шагов и требует много времени для обработки миллиметровых областей.
Ключевым в схеме является расположение обрабатываемого стекла на поверхности мишени. Лазерное излучение проходит сквозь прозрачный материал, но интенсивно поглощается мишенью, на поверхности которой образуется плазма. Воздействие плазмы на стекло приводит к формированию микро/нано рельефа.
Научный сотрудник факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО Максим Сергеев говорит:
«Идея применения плазмы, возникающей от лазерного излучения, для обработки прозрачных материалов не нова и с успехом была представлена Вейко Вадимом Павловичем и коллегами еще в 1969 году на заре появления лазеров. Благодаря этому несколько недель непрерывной механической обработки алмазной фильеры, применяемой для вытяжки проволоки, сокращались до нескольких минут лазерно-плазменной обработки. Появление современных лазерных комплексов позволили по-новому взглянуть на лазерно-плазменную обработку. Метод ЛИМП появился в нашей лаборатории как студенческая инициатива в 2015 году, и за это время он прошел долгий путь развития ― от изучения физики процесса до широкого практического применения в фотонике».
Ученые Университета ИТМО решили трансформировать метод, расположив стекло и графит не вплотную, а с определенным зазором.
«Мы обнаружили, что на некотором зазоре между графитом и стеклом появлялись проплавления, притом с ростом мощности излучения они появлялись ближе к началу клина. Затем мы измерили размеры треков как в графите, так и в стекле и получили значимые для метода ЛИМП зависимости» - поясняет Владимир Рымкевич. В результате было показано, что определенный размер зазора обеспечивает уменьшение лазерного пучка, который попадает на мишень.
По словам научного сотрудника ИТМО Романа Заколдаева метод ЛИМП — это уникальный точечный инструмент, который помог оптимизировать создание фазовых оптических преобразователей.
Исследования по методу ЛИМП позволили ответить на важные вопросы: «Какие требования следует предъявлять к условиям фокусировки?», «Влияет ли воздушный зазор на результат обработки?». Помимо того, предложенная модель открывает путь к построению полноценной теплофизической модели, что в перспективе позволит прогнозировать результаты обработки стекла с помощью метода ЛИМП и сделает его более управляемым.
По мнению Максима Сергеева, проведенные исследования показали далеко не весь скрытый потенциал применения ЛИМП. Это, в свою очередь, открывает новые горизонты для создания более сложных микрооптических элементов.
Источник фото на странице: Michael Dziedzic on Unsplash
