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Jul 18, 2023

フェムト秒レーザー書き込みマイクロの光学的および構造的特性評価

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11050 (2023) この記事を引用 524 アクセス メトリクスの詳細 ガロゲルマニウム酸亜鉛バリウムガラスへの直接フ​​ェムト秒レーザー書き込みについて報告します。 あ

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11050 (2023) この記事を引用

524 アクセス

メトリクスの詳細

ガロゲルマニウム酸亜鉛バリウムガラスへのフェムト秒レーザーによる直接書き込みについて報告します。 分光技術を組み合わせることで、エネルギーに応じて起こるメカニズムの理解を進めることができます。 0.5 µJ までの最初の領域 (タイプ I、等方性局所屈折率変化) では、主に発生するのは、ルミネッセンスによって検査される電荷​​トラップの生成と、分極第 2 高調波発生測定によって検出される電荷​​の分離です。 より高いパルスエネルギー、特に0.8 μJに対応する閾値または第2領域（ナノ格子形成エネルギー領域に対応するタイプII修飾）では、主に起こるのは分子O2の出現によって証明される化学変化とネットワークの再構成です。ラマンスペクトルで見られます。 さらに、タイプ II における第 2 高調波発生の偏光依存性は、ナノ格子の組織がレーザーインプリント電場によって乱される可能性があることを示しています。

フェムト秒レーザー直接書き込み (FLDW) により、側面衝撃による損傷を最小限に抑えながら、高度に局所的な屈折率の変更が可能になります 1、2、3、4。 これまでのところ、3D 多機能コンポーネントを単一のモノリシック チップ内およびさまざまな透明材料内に統合できる可能性を備えた製造プロセスは他にありません。 SiO2 や GeO2 などのガラスは、fs レーザー誘起の変化を調査するために使用されている 2 つの優れたガラス モデル システムです。 ブレッセルら。 は、強く集束されたフェムト秒レーザービームによって引き起こされる GeO2 ガラスの構造変化について報告しました 5、6、7。 ケイ酸塩ガラスでは、高繰り返しフェムト秒レーザー照射下で、ネットワーク修飾子を含む元素分布の変化が観察されています8。 これらの結果は、効率的な駆動力は、焦点体周囲の熱蓄積に起因する急激な温度勾配であることを示しています。 しかし、レーザー領域に応じて低い繰り返し率では、光の偏光に垂直な方向のナノ構造の自己集合からなるナノ回折格子が発生します9。 ナノ回折格子は、異方性光散乱、波長依存の反射率、複屈折などのいくつかの特異な特性を備えており、マイクロ流体チャネル10、光偏光変換器11、および超安定5D光データストレージ12で実用化されています。

ケイ酸塩ガラスは、最も普遍的なガラス材料の 1 つであり、商業的に入手可能であり、優れた光透過性と物理化学的安定性を備えているため、特定の多用途プラットフォーム FLDW13 で知られています。 それにもかかわらず、フォトニック用途に関しては、ケイ酸塩ガラスの使用は近赤外領域 (λ < 2 μm) に限定されており、3D レーザー製造を必要とする中赤外 (最大 8 μm) 用途の需要の増加には対応していません。小型、軽量、低コストの光学部品。 これにより、民生用（家庭用、スマートフォン、自動車）だけでなく、有毒ガスの検知、爆発物の検知、対策識別などの安全保障や軍事用途など、さまざまな応用分野で待望の商品化が間もなく実現されることになります。医療診断のためのスペクトル組織マッピングなどのバイオフォトニクス（医学）14． したがって、上記の中赤外範囲にアクセスするには、カルコゲナイド 15、フッ化物 16、または重金属酸化物 (HMO) 17 などの非ケイ酸塩ガラス マトリックスを使用する必要があります。 現在まで、非酸化物ガラスにおけるナノ格子の形成は実証されていない。 したがって、これらの潜在的な光学材料の中で、重金属酸化物ガラス (HMO)、より具体的にはガロゲルマニウム酸バリウム (BGG) ガラスが、さまざまな特性の組み合わせを提供するため、潜在的な候補として浮上しています。安定性、優れた機械的強度、中赤外域で最大 6 μm までの幅広い光透過性、およびファイバー成形能力を備えています。