Булгакова Н.М.   Жуков В.П.   Федорук М.П.  

Моделирование воздействия на стекло последовательностью фемтосекундных лазерных импульсов разной длины волны

Докладчик: Жуков В.П.

Уменьшение размеров микроструктур, создаваемых в оптических стеклах с помощью ультракоротких лазерных импульсов, можно осуществлять посредством уменьшения длины волны лазерного излучения. Для создания остаточной модификации стекла требуется достаточно большая энергия лазерного импульса. Однако даже при относительно высоких апертурах фокусировки с увеличением энергии импульса растет и размер зоны поглощаемой энергии, т.е. размер записываемой в стекло структуры. В работе исследуется следующая схема преодоления этих нежелательных эффектов с помощью разнесенных во времени 2-х импульсов разной длины волны.
Первый коротковолновый импульс создает плазму электронов проводимости, в локализованной области малых размеров. Энергия импульса может быть малой и недостаточной для создания остаточной модификации в одноимпульсном режиме облучения. Второй импульс с большей длиной волны воздействует на ту же область материала, что и предыдущий импульс. При этом нет необходимости совмещать фокусные области импульсов, что упрощает задачу модификации. Благодаря созданной первым импульсом плазме, при воздействии второго импульса эффективное тормозное поглощение энергии длинноволнового излучения с сопутствующей столкновительной ионизацией происходит лишь в области плазмы, созданной первым импульсом. Энергия второго импульса также может быть ниже порога модификации одиночными импульсами, однако при воздействии двумя последовательными импульсами малой энергии возможно добиться эффективного высоколокализованного поглощения лазерной энергии. В такой конфигурации размер зоны модификации определяется первым импульсом.
В настоящей работе проведено численное моделирование описанной схемы модификации стекла. Использовано приближение нелинейных уравнений Максвелла, дополненных гидродинамическими уравнениями для плазмы свободных электронов. Параметры задачи соответствовали плавленому кварцу при облучении лазерным излучением на длинах волн 400 и 800 нм. Показана реалистичность предлагаемой схемы. Также показано, что обратная последовательность импульсов (первый импульс 800 нм, второй – 400 нм) не приводит к локализации поглощения при прочих равных параметрах.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 15-01-02432).


К списку докладов