Исследовано влияние фемтосекундной лазерной микрообработки в тепловом и атермическом режимах на структуру прозрачного ситалла на основе системы ZnO–MgO–Al2O3–SiO2, характеризующегося повышенной механической прочностью и твердостью. Аморфизация наноразмерных кристаллов ганита ZnAl2O4, происходящая под воздействием лазерных импульсов, подтверждается результатами электронной микроскопии и дифракции электронов. Методом количественной фазовой микроскопии проведена оценка изменения показателя преломления в записанных лазерным пучком треках. При частоте следования 10 кГц в атермическом режиме полная аморфизация кристаллической фазыв области лазерной обработки в объеме ситалла приводит к увеличению показателя преломления на величину ?n = 0,0007. Полученные результаты расширяют потенциальные области применения прозрачных ситаллов с повышенными прочностными характеристиками и открывают возможность формирования канальных волноводов в их объеме методом прямой лазерной записи.
Владимир Николаевич Сигаев – д-р хим. наук, профессор, руководитель Международного центра лазерных технологий, руководитель Международной лаборатории функциональных материалов на основе стекла им. П. Д. Саркисова, заведующий кафедрой химической технологии стекла и ситаллов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Андрей Сергеевич Наумов – аспирант кафедры химической технологии стекла и ситаллов Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева (РХТУ им. Д. И. Менделеева), Москва, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Алексей Сергеевич Липатьев – канд. хим. наук, ассистент кафедры химической технологии стекла и ситаллов Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева (РХТУ им. Д. И. Менделеева), Москва, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Георгий Юрьевич Шахгильдян – канд. хим. наук, ассистент кафедры химической технологии стекла и ситаллов Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева (РХТУ им. Д. И. Менделеева), Москва, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Сергей Викторович Лотарев – канд. хим. наук, доцент кафедры химической технологии стекла и ситаллов Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева (РХТУ им. Д. И. Менделеева), Москва, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Сергей Сергеевич Федотов – канд. хим. наук, ассистент кафедры химической технологии стекла и ситаллов Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева (РХТУ им. Д. И. Менделеева), Москва, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Игорь Андреевич Каратеев – младший научный сотрудник Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия, 123098. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
1. Tan D., Zhang B., Qiu J. Ultrafast laser direct writing in glass: thermal accumulation engineering and applications // Laser Photonics Rev. 2021. V. 15. No. 9. P. 2000455.
2. Stoian R., Colombier J. P. Advances in ultrafast laser structuring of materials at the nanoscale // Nano-photonics. 2020. V. 9, No. 16. P. 4665 – 4688.
3. Zhang B., Wang L., Chen F. Recent advances in femtosecond laser processing of LiNbO3 crystals for photonic applications // Laser Photonics Rev. 2020. V. 14, No. 8. P. 1900407.
4. Wlodarczyk K. L., Hand D. P., Maroto-Valer M. M. Maskless, rapid manufacturing of glass microfluidic devices using a picosecond pulsed laser // Sci. Rep. 2019. V. 9, No. 1. P. 1 – 13.
5. Wolf A., Dostovalov A., Bronnikov K., et al. Arrays of fiber Bragg gratings selectively inscribed in different cores of 7-core spun optical fiber by IR femto-second laser pulses // Opt. Express. 2019. V. 27, No. 10. P. 13978 – 13990.
6. Lipatiev A., Fedotov S., Lotarev S., et al. Direct laser writing of depressed-cladding waveguides in extremely low expansion lithium aluminosilicate glass-ceramics // Opt. Laser Technol. 2021. V. 138. P. 106846.
7. Guan J. Femtosecond-laser-written integrated photonics in bulk glass-ceramics Zerodur // Ceram. 2021. V. 47, No. 7. P. 10189 – 10192.
8. Ferreira P. H. D., Fabris D. C. N., Boas M. V., et al. Transparent glass-ceramic waveguides made by femtosecond laser writing // Opt. Laser Technol. 2021. V. 136. P. 106742.
9. Bhardwaj V. R., Simova E., Corkum P. B., et al. Femtosecond laser-induced refractive index modifica-tion in multicomponent glasses // J. Appl. Phys. 2005. V. 97, No. 8. P. 083102.
10. Holand W., Beall G. H. Glass-ceramic technology. New Jersey: John Wiley & Sons, 2019. 432 p.
11. Zanotto E. A bright future for glass-ceramics // Am. Ceram. Soc. Bull. 2010. V. 89. P. 19 – 27.
12. Mirhadi B., Mehdikhani B., Askari N. Effect of zinc oxide on microhardness and sintering behavior of MgO–Al2O3–SiO2 glass-ceramic system // Solid State Sci. 2012. V. 14, No. 4. P. 430 – 434.
13. Dymshits O., Shepilov M., Zhilin A. Transparent glass-ceramics for optical applications // MRS Bull. 2017. V. 42. P. 200 – 205.
14. Chen G. H., Liu X. Y. Sintering, crystallization and properties of MgO–Al2O3–SiO2 system glass-ceramics containing ZnO // J. Alloys Compd. 2007. V. 431, No. 1-2. P. 282 – 286.
15. Seidel S., Dittmer M., H?land W., et al. High-strength, translucent glass-ceramics in the system MgO–ZnO–Al2O3–SiO2–ZrO2 // J. Eur. Ceram. Soc. 2017. V. 37, No. 7. P. 2685 – 2694.
16. Lotarev S. V., Lipatiev A. S., Lipateva T. O., et al. Ultrafast-laser vitrification of laser-written crystalline tracks in oxide glasses // J. Non Cryst. Solids. 2019. V. 516. P. 1 – 8.
17. Шахгильдян Г. Ю., Савинков В. И., Шахгиль-дян А. Ю. и др. Влияние условий ситаллизации на твердость прозрачных ситаллов в системе ZnO–MgO–Al2O3–SiO2 // Стекло и керамика. 2020. № 11. С. 24 – 27.[Shakhgil’dyan G. Y., Savinkov V. I., Shakhgil’dyan A. Y., et al. Effect of Sitallization Conditions on the Hardness of Transparent Sitalls in the System ZnO–MgO–Al2O3–SiO2 // Glass Ceram. 2021. V. 77, No. 11. P. 426 – 428.]
18. Сигаев В. Н., Липатьев А. С., Федотов С. C. и др. Фемтосекундное лазерное модифицирование про-зрачного литиево-алюмосиликатного ситалла и исход-ного стекла, содержащего сурьму // Стекло и керамика. 2019. № 10. С. 9 – 13.[Sigaev V. N., Lipatiev A. S., Fedotov S. S., et al. Femtosecond laser modification of antimony-containing lithium-aluminum-silicate glass and transparent sitall obtained from it // Glass Ceram. 2020. V. 76, No. 9.P. 370 – 373.]
19. Golubkov V. V., Dymshits O. S., Petrov V. I., et al. Small-angle X-ray scattering and low-frequency Raman scattering study of liquid phase separation and crystallization in titania-containing glasses of the ZnO–Al2O3–SiO2 System // J. Non Cryst. Solids. 2005. V. 351, No. 8-9. P. 711 – 721.
20. Сигаев В. Н., Лошманов А. А., Ходаковская Р. Я. и др. Строение титаносиликатных стекол по дан-ным нейтронной дифракции // Физика и химия стекла. 1975. Т. 1, № 5. С. 403 – 406.
21. Richter S., Zimmermann F., D?ring S., et al. Ultrashort high repetition rate exposure of dielectric materials: laser bonding of glasses analyzed by micro-Raman spectroscopy // Appl. Phys. 2013. V. 110, No. 1. P. 9 – 15.
22. Kanehira S., Miura K., Hirao K. Ion exchange in glass using femtosecond laser irradiation // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 93, No. 2. P. 023112.
23. Liu Y., Shimizu M., Zhu B., et al. Micromodification of element distribution in glass using femtosecond laser irradiation // Opt. Lett. 2009. V. 34, No. 2. P. 136 – 138.
24. Bhardwaj V. R., Simova E., Corkum P. B., et al. Femtosecond laser-induced refractive index modification in multicomponent glasses // J. Appl. Phys. 2005. V. 97, No. 8. P. 083102.
25. Fuerbach A., Gross S., Little D., et al. Refractive index change mechanisms in different glasses induced by femtosecond laser irradiation // Proceedings of the SPIE. 2016. V. 9983. P. 14 – 20.
26. Loshmanov A. A., Sigaev V. N., Khodakovskaya R. Ya., et al. Small-angle neutron scattering on silica glasses containing titania // J. Appl. Crystallogr. 1974. V. 7, No. 2. P. 207 – 210.
27. Eaton S. M., Zhang H., Herman P. R., et al. Heat accumulation effects in femtosecond laser-written wave-guides with variable repetition rate // Opt. Express. 2018. V. 13. P. 4708 – 4716.
28. Smedskjaer M. M., Youngman R. E., Mauro J. C. Impact of ZnO on the structure and properties of sodium aluminosilicate glasses: Comparison with alkaline earth oxides // J. Non Cryst. Solids. 2013. V. 381. P. 58 – 64.
29. Choudhury D., Macdonald J. R., Kar A. K. Ultra-fast laser inscription: perspectives on future integrated applications // Laser Photonics Rev. 2014. V. 8, No. 6. P. 827 – 846.
30. Sima F., Sugioka K., Vazquez R. M., et al. Three-dimensional femtosecond laser processing for lab-on-a-chip applications // Nanophotonics. 2018. V. 7, No. 3. P. 613 – 634.
31. Gross S., Dubov M., Withford M. J. On the use of the Type I and II scheme for classifying ultrafast laser direct-write photonics // Opt. Express. 2015. V. 23, No. 6. P. 7767 – 7770.
32. Calmano T., M?ller S. Crystalline waveguide lasers in the visible and near-infrared spectral range // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2014. V. 21, No. 1. P. 401 – 413.
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
500
DOI: 10.14489/glc.2023.01.pp.003-011
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
