Микро- И Наноструктурирование Оптических Материалов С Помощью Фемтосекундного ИК Излучения

Abstract

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].