Лазерно-индуцированная микроплазма – новый метод обработки прозрачных материалов– в приложениях фотоники

Лазерно-индуцированная микроплазма (ЛИМП) – это эрозионный плазменный факел, образующийся на поверхности раздела сильно поглощающей и прозрачной среды при фокусировке излучения на эту поверхность. Свойства лазерной плазмы существенно зависят от величины зазора между средами и сильно меняются в условиях ограничения возможностей для её расширения. ЛИМП в условиях ограничения расширения плазмы имеет высокую температуру и плотность, поперечное сечение плазменного факела, как минимум, сравнимо с диаметром лазерного пучка. Энергетическая эффективность такого плазменного факела может быть весьма высока.

Существенно, что ЛИМП в данных условиях обладает широкими возможностями для микроструктурирования прозрачных диэлектриков. что важно для  развития микрооптики и биофотоники.

В рамках проводимых исследований изучаются свойства ЛИМП в качестве нового инструмента «лазерно-плазменной» микрообработки. Для этого привлекаются спектральные и фотоакустические методы, исследуется температура и плотность плазмы, давление микроплазмы на мишень в условиях её ограниченного расширения, свойства получаемого на диэлектриках микрорельефа и т.д..

Как было показано в проведенных исследованиях, метод ЛИМП позволяет получать различные микрооптические элементы с заданными характеристиками и высоким качеством поверхности., в частности, изготавлены и испытаны следующие микрооптические элементы:

- массивы микролинз (диаметр микролинзы от 80 до 300 мкм, стрелка прогиба до 1 - 2 мкм, с радиусом кривизны до 3 миллиметров и фокусным расстоянием от 5 до 10 мм);

- периодические фазовые решетки (с периодом 50 – 100 мкм, высотой рельефа 0.2 – 3 мкм);

- случайные фазовые пластины (глубиной формируемого рельефа 0.5 – 1.5 мкм, размер фазового элемента 250 – 350 мкм).

Изготавленные ДОЭ эффективно применяются в качестве расщепителей лазерного пучка в интерференционных схемах, а также в оптических схемах многолучевой лазерной микрообработки.

Рисунок 1. Фотографии ДФР 1 (а) и 2 (б) в отраженном свете; трехмерные профили поверхности ДФР 1 (в) и 2 (г); аппроксимация профиля ДФР 1 (д) и 2 (е) функцией синуса.

Рисунок 2. Теоретические значения дифракционной эффективности ДФР и экспериментально измеренные распределения интенсивности для решеток 1 (а, б) и 2 (в, г).

Рисунок 3. Экспериментальная установка для микроструктурирования тонких металлических пленок (а), примеры результатов обработки пленки с использованием ДФР 1 (б) и 2 (в)

В.В. Коваль, В.С. Рымкевич, Р.А. Заколдаев, М.М. Сергеев, Г.К. Костюк, В.П. Вейко