Ультракороткая длительность, высокая интенсивность и стабильность фемтосекундных
импульсов, генерируемых твердотельными и волоконными лазерами [1] привели к развитию
принципиально новых технологий, в частности, технологии микро- и нано-структурирования
прозрачных оптических материалов. В докладе будет сделан обзор работ по развитию данного
направления на прецизионной фемтосекундной лазерной установке, созданной совместно НГУ и
ИАиЭ СО РАН.
Изменение показателя преломления в точке фокуса лазерного импульса (длительностью 230 фс и
энергией ~100 нДж на длине волны 1030 нм) дает возможность поточечной записи периодических
структур в сердцевине одномодового волоконного световода с периодом ≈500 нм [2]. Записанные
волоконные брэгговские решётки (ВБР) имеют уникальные параметры: высокую температурную,
механическую и радиационную стойкость. При этом ширина спектра отражения длинных (>5см)
ВБР составляет <20 пм, а ширина окна пропускания за счет наведенного сдвига фазы в структуре <1
пм. Это позволяет создавать на основе таких ВБР прецизионные датчики температуры и деформаций
и одночастотные лазеры с распределенной обратной связью c шириной линии генерации ≤10 кГц [3].
Фемтосекундная технология также имеет принципиальные преимущества перед традиционными
при формировании структур в многосердцевинных и многомодовых световодах. Высокая точность
позиционирования в поперечном сечении световода позволяет формировать решётки в отдельных
сердцевинах, причем с разной брэгговской длиной волны [4]. Такие многосердцевинные наборы ВБРдатчиков применены для восстановления формы волокна (как в статическом, так и динамическом
режимах), что позволяет создавать 3D-сенсоры для применений в микрохирургии. Это же свойство
используется для формирования ВБР в разных областях поперечного сечения многомодовых
световодов, что позволяет селектировать отдельные поперечные моды: как фундаментальную (LP01),
так и высших (например, LP11). На этой основе созданы эффективные ВКР-лазеры с прямой диодной
накачкой пассивного многомодового градиентного световода, генерирующие в области 950-980 нм
[5], где традиционные волоконные лазеры на волокнах, легированных редкоземельными элементами,
не работают.
Кроме того, данная технология позволяет изменять показатель преломления в объеме прозрачного
материала и формировать волноводные структуры для создания элементов интегральной оптики:
разветвители, волноводы, интерферометры Маха-Цендера, модуляторы, поляризационные элементы
в различных средах: стекла, кристаллы, полимеры [6]. По сравнению с традиционными методами
нанолитографии технология прямой фс лазерной записи обеспечивает более высокую
производительность, гибкость при создании различных конфигураций и 3-мерную геометрию записи.
Более того, в последнее время развивается направление создания различных оптических элементов
непосредственно в кремниевом чипе и записи брэгговских решеток на поверхности GaN пленок [7,8].