ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-04-68-77

УДК: 537.312.51:544.537

Влияние длительности импульса лазерного излучения на обработку кварцевого стекла лазерно-индуцированной микроплазмой

Рымкевич В.С., Болошко А.А., Сергеев М.М.

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Рымкевич В.С., Болошко А.А., Сергеев М.М. Влияние длительности импульса лазерного излучения на обработку кварцевого стекла лазерно-индуцированной микроплазмой // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 4. С. 68–77. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2023-90-04-68-77

 

Rymkevich V.S., Boloshko A.A., Sergeev M.M. Laser pulse duration influence on the fused silica treatment by laser-induced microplasma // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 4. P. 68–77. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2023-90-04-68-77

Ссылка на англоязычную версию:

test

Аннотация:

Предмет исследования. Исследовалось время жизни и задержка образования лазерно­индуцированного микроплазменного факела, получаемого с помощью фемто­ и наносекундных лазерных источников, а также геометрия треков на пластине из плавленого кварца, записанных этим факелом. Цель работы. Определение влияния длительности лазерного импульса в диапазоне от фемто­ до наносекунд на время жизни плазменного факела и геометрические характеристики структур, формируемых микроплазменным факелом на поверхности плавленного кварца. Метод. Измерение временных характеристик плазменного факела проводилось путём одновременной регистрации интенсивности свечения факела во времени фотоумножителем и интенсивности лазерного импульса фотодетектором, подключенных к осциллографу. Начало записи совпадало с сигналом от фотодетектора. Геометрические размеры треков на поверхности плавленого кварца были получены с помощью оптической профилометрии. Основные результаты. Время жизни плазменного факела зависит от длительности и энергии лазерного импульса, а задержка плазмообразования имеет линейную зависимость от длительности импульса. Минимальное среднее время жизни плазменного факела 7 нс достигается при длительности импульса менее 150 пс. В наносекундном диапазоне при длительности лазерного импульса более 30 нс происходит экспоненциальный рост времени жизни плазменного факела в связи с подпиткой факела оставшейся частью импульса. Практическая значимость. Приведённые в работе исследования позволяют сформировать рекомендации по выбору длительности импульса для достижения определённых геометрических характеристик записываемых треков. Согласно приведённым исследованиям, для уменьшения латерального размера треков рекомендуется использовать меньшую длительность импульса, но для достижения более глубоких и широких структур, например, для устройств микрофлюидики, следует использовать длительности импульса более 50 нс.

Ключевые слова:

лазерно­индуцированная обработка, микроплазма, плавленый кварц, фемтосекундные импульсы, наносекундный импульсы

Коды OCIS: 140.3390, 350.5400, 220.4000, 320.2250, 320.4240

Список источников:
  1. Ehrhardt M., Lorenz P., Bayer L. et al. Studies of the confinement at laser­induced backside dry etching using infrared nanosecond laser pulses // Applied Surface Science. 2018. V. 427. P. 686–692. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.08.099
  2. Hanada Y., Sugioka K., Midorikawa K. Laser­induced plasma­assisted ablation (LIPAA): fundamental and industrial applications // High­Power Laser Ablation VI. International Society for Optics and Photonics. 2006. V. 6261. P. 626111. https://doi.org/10.1117/12.668667
  3. Kostyuk G., Sergeev M., Zakoldaev R. et al. Fast microstructuring of silica glasses surface by NIR laser radiation // Optics and Lasers in Engineering. 2015. V. 68. P. 16–24. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2014.12.004
  4. Xie X., Zhou C., Wei X. et al. Laser machining of transparent brittle materials: from machining strategies to applications // Opto­Electronic Advances. 2019. V. 2. № 1. P. 180017­1­180017–13. https://www.doi.org/10.29026/oea.2019.180017
  5. Rahman T., Qayyum H., Amin U. et al. The role of sacrificial target material in micromachining of glass using laser­induced plasma­assisted ablation (LIPAA) // Radiation Effects and Defects in Solids. 2021. V. 176. № 7–8. P. 662–672. https://doi.org/10.1080/10420150.2021.1903895
  6. Rymkevich V.S., Sergeev M.M., Zakoldaev R.A. Laser microplasma as a spot tool for glass processing: Focusing conditions // Journal of Materials Processing Technology. 2021. V. 292. P. 117061. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117061
  7. Zhang J., Sugioka K., Midorikawa K. Laser­induced plasma­assisted ablation of fused quartz using the fourth harmonic of a Nd+: YAG laser // Applied Physics A. 1998. V. 67. N 5. P. 545–549. https://doi.org/10.1007/s003390050819
  8. Kostyuk G., Shkuratova V., Petrov A. et al. Multisector binary phase plates on fused silica for generation of optical vortex beams superposition: Fabrication, characterization, and applications // Optics & Laser Technology. 2022. V. 152. P. 108161. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108161
  9. Shkuratova V.A., Kostyuk G.K., Sergeev M.M. et al. Speckle­free smoothing of coherence laser beams by a homogenizer on uniaxial high birefringent crystal // Optical Materials Express. 2019. V. 9. № 5. P. 2392–2399. https://doi.org/10.1364/OME.9.002392
  10. Xu S., Liu B., Pan C. et al. Ultrafast fabrication of micro­channels and graphite patterns on glass by nanosecond laser­induced plasma­assisted ablation (LIPAA) for electrofluidic devices // Journal of Materials Processing Technology. 2017. V. 247. P. 204–213. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.04.028
  11. Sarma U., Joshi S.N. Numerical modelling and simulation of microchannel fabrication on polycarbonate using Laser­Induced Plasma Assisted Ablation (LIPAA) // Optik. 2020. V. 223. P. 165379. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.165379
  12. Sarma U., Joshi S.N. Effect of laser parameters on laser­induced plasma­assisted ablation (LIPAA) of glass // Advances in Unconventional Machining and Composites Springer. 2020. P. 67–76. https://www.doi.org/10.1007/978­981­32­9471­4_6
  13. Karstens W., Smith D.Y. Optical properties of graphite // APS Meeting Abstracts. 2004. V. 1. P. 11012
  14. Вейко В.П., Волков С.А., Заколдаев Р.А. et al. Лазерно­индуцированная микроплазма как инструмент микроструктурирования прозрачных сред // Квантовая электроника. 2017. Т. 47. № 9. С. 842–848. https://doi.org/10.1070/QEL16377
  15. Вейко В.П., Шахно Е.А., Яковлев Е.Б. Эффективное время термического воздействия сверхкоротких лазерных импульсов на диэлектрики // Квантовая электроника. 2014. Т. 44. № 4. С. 322–324. https://doi.org/10.1070/QE2014v044n04ABEH015324