Using laser-induced microplasma for multilevel phase plate fabrication

Abstract

Продемонстрировано применение метода обработки прозрачных материалов лазерно-индуцированной микроплазмой для создания многоуровневых фазовых пластин на поверхности плавленого кварца. Описана оптимизация этого метода для существующей лазерной установки "Минимаркер-2" на основе Yb-волоконного лазера с наносекундной длительностью импульсов (50-200 нс). Разработано программное обеспечение, позволяющее связать параметры лазер-ной обработки с глубиной рельефа микроструктур, а также генерировать мно-гоуровневые фазовые пластины в автоматическом режиме. На основе получен-ных результатов записаны образцы многоуровневых фазовых пластин с бинар-ной и дискретной структурой, рассчитанные для тестирования в схеме с He-Ne-лазером. Представлены результаты сравнительного анализа применения бинар-ной и дискретной фазовых пластин в качестве гомогенизаторов излучения He-Ne-лазера. Показано, что более равномерное распределение интенсивности в сечении пучка достигается при использовании дискретной фазовой пластины. Данный метод лазерной записи дифракционных элементов позволяет изготав-ливать фазовые пластины с глубиной рельефа от 0,1 до 15,0 мкм с шагом 50 нм и минимальным размером единичного элемента 200 мкм. Ключевые слова: плазма, плавленый кварц, фазовая пластина, гомогенизация, лазерная микрообработкаВведение. Тенденция развития технологий обработки материалов мощным лазерным излучением обусловлена высоким качеством, производительностью и точностью данных тех-нологий. Одной из ключевых особенностей лазерной обработки является создание однород-ного распределения энергии по сечению пучка [1]. Отсутствие однородного распределения энергии излучения в плоскости обработки приводит к неоднородным условиям микрообра-ботки материала в зоне лазерного воздействия. Эффективным решением этой серьезной про-блемы является использование методов сглаживания пучка, основанных на теории оптиче-ской дифракции [2]. Были предложены, изготовлены и протестированы различные виды ди-фракционных оптических элементов (ДОЭ), изменяющих распределение лазерных пучков [3,4]. Частным вариантом таких ДОЭ являются случайные фазовые пластины (СФП), которые, как правило, используются с низкокогерентными лазерными пучками [5]. В большинстве случаев это связано с их высокой дифракционной эффективностью, удобством контроля за распреде-лением интенсивности в пятне и низкими оптическими потерями [6].В качестве материала для изготовления различных ДОЭ используется плавленый кварц, который обладает минимальным поглощением излучения в широком спектральном диапазоне, а также характеризуется высокой лучевой и термической стойкостью [7]. С другой стороны, эти