Российские химики «подковали» лазер

Российские ученые из РХТУ и ИОФ РАН исследовали, что происходит при воздействии ного изл на один из самых популярных оптических кристаллов — иттрий-алюминиевый гранат, и показали, что ключевую роль в прямой ной записи играют пластические деформации.

С ю прямой ной записи можно получать оптические микросхемы в объеме стекол и кристаллов, чтобы, например, создать на маленьком кусочке материала сотни микроов. Работа опубликована в журнале Scientific Reports. Исследование поддержано Российским научным фондом.

“Человечество с незапамятных времен использует преимущества пластической деформации, например при ковке металла. Однако в нашем исследовании мы, возможно, впервые описываем пластическую деформацию, инициируемую не на поверхности кристалла, как обычно происходит при механическом давлении на образец, а внутри него», — прокомментировал сотрудник РХТУ и ИОФ РАН, один из авторов работы, Андрей Охримчук.

Если на стекла или кристаллы направить сированное и интенсивное ное излучение, то прямо внутри них можно нарисовать разные оптические структуры. Такой метод называют прямой ной записью. Часто в нем используют фемтосекундные ы, которые генерируют импульсы сверхмалой длительности в 10-13 секунды. Их интенсивность столь высокая, что если перемещать материал вдоль жестко сированного фемтосекундного ного луча, то в определенной области внутри него будет изменяться химическая структура и, как следствие, показатель преломления. Так можно сделать оптический волновод — это аналог проводов на электрических х, только по волноводу ратраняются не электроны, а оптические сигналы.

  Теория всего. Зачем науке новый огромный коллайдер

Для хорошего волновода нужно, чтобы показатель преломления однородно изменялся по всей его длине — так излучение будет двигаться по нему, как по трубе, и никуда не “вытекать”. Но чтобы точно управлять прямой ной записью, нужно хорошо понимать какие физико-химические процессы за ней стоят — что именно происходит с материалом, когда его облучают фемтосекундными ными импульсами. Однако, если причины изменения показателя преломления при записи в стеклах ученым уже понятны, то ачные явления в кристаллах изучены гораздо хуже, хотя они и больше подходят для создания оптических волноводов.

из Российского химико-технологического университета имени Д. И. а и Института общей физики имени А. М. Прохорова Российской академии наук изучили процессы прямой ной записи в иттрий-алюминиевом гранате — популярном синтетическом кристалле для создания оптических микроструктур. Исследователи выяснили, что ключевую роль в них играют пластические деформации материала, вызванные ным излучением.

«Предложенный нами механизм может быть актуален не только для иттрий-аллюминиевого граната, но и других кристаллов, что поспособствует исследованиям прямой фемтосекундной ной записи. Поэтому наши результаты могут сыграть важную роль в развитии подходов для создания микро- и структур в кристаллах, которые востребованы при получении компактных ных источников для промышленности и медицины, оптических чипов для квантовых компьютеров, а также записи информации с неограниченным сроком хранения», — отметил Андрей Охримчук.

  К 2070 году могут исчезнуть треть животных и растений

От дислокаций до ов

В работе ученые ировали ный луч внутри материала и постепенно перемещали его, изменяя от эксперимента к эксперименту скорость движения а и энергию ного импульса. Затем исследователи смотрели, как от этих действий изменяется показатель преломления кристалла. Оказалось, что он значительно уменьшается в местах пластических деформаций, вызванных ным излучением, а интенсивность этого эффекта определяется образованием и скольжением дислокаций — линейных дефектов кристаллической решетки.

Исследователи выделили три варианта пластических деформаций. В первом дислокации скользят свободно в объеме материала, во втором их становится так много, что они мешают перемещению друг друга, а в третьем концентрация дислокаций оказывается промежуточной и они образуют регулярные микроструктуры в кристалле. Срий же пластической деформации и, в конечном счете, показатель преломления модифицированного ным излучением участка граната, определяется прежде всего количеством ных импульсов, попадающих в одну точку — то есть задается режимом ной записи. Таким образом, ученые установили, как, меняя режим ной записи в иттрий-алюминиевом гранате, можно управлять структурой создаваемого в его объеме оптического волновода.

  Ученые рассказали, что Арктика резко теряет все ледники

Это может быть полезно для создания волноводных микроов. Обычный представляет собой сложную систему оптических элементов, сердцем которой служит так называемая активная среда — оптический кристалл, размером от нескольких сантиметров, в котором при возбуждении генерируется и испускается излучение. Но вместо объединения сложных элементов создать  — или даже сотни микроов — можно и «нарисовав» его микросхему на кусочке оптического кристалла. Раньше ученые делали это с ю электронной литографии или других дорогих и сложных методов, но в последнее время применяют прямую ную запись – достаточно как раз правильно настроить параметры записи и необходимую схему можно «нарисовать» за несколько минут.

Читайте наш Телеграм-канал https://t.me/ieport_new

Pin It

Добавить комментарий