Лазерные технологии будущего помогают создать микронаноматериал за один этап

Сверхбыстрый лазер всегда применялся в качестве точечного источника энергии для запуска различных модификаций материалов, а профиль интенсивности света в основном считался гауссовым. Поэтому фактическая морфология и эволюция светового поля в фокальном объеме остаются без внимания.

В International Journal of Extreme Manufacturing исследователи указывают, что трехмерное пространственное распределение светового поля в фокусе может обладать более тонкими структурами и настраиваться, что предлагает новую стратегию для высококонтролируемого изготовления микронаноматериалов с большим количеством степеней свободы, чем обычная оптическая модификация «точка за точкой».

Предложено и экспериментально продемонстрировано, что световые поля в фокальном объеме, индуцированные во время сверхбыстрого взаимодействия лазера с веществом, могут быть применены для высокоинтегрированного и контролируемого одноэтапного структурирования композитов в фокусе однолучевого сверхбыстрого лазера.

Подтверждено, что принципы являются универсальными и широко применимыми в различных типах прозрачных диэлектриков, а созданные композитные структуры обладают большим потенциалом для различных применений, таких как многомерная защита от подделок, шифрование информации, нелинейные планарные линзы и многофункционально интегрированные фотонные кристаллы.

Создание различных типов микронаноструктур за один шаг с помощью однолучевого сверхбыстрого лазера традиционно очень сложно и даже обычно не входит в рамки сверхбыстрой лазерной прямой записи, поскольку типичное распределение света обычно предполагается как гауссово в фокальном объеме», — говорит Бо Чжан, первый автор статьи и научный сотрудник Чжэцзянского университета.

Можем ли мы управлять микроскопическим оптическим поведением высокоинтенсивного взаимодействия света и вещества в фокальном объеме в микро-нано масштабе, чтобы сделать его обладателем настраиваемых тонких структур? Если это возможно, то это обеспечит новую стратегию для высококонтролируемого создания микронаноструктур с большим количеством степеней свободы, чем обычная точечная оптическая модификация.

Микронаноструктуры лежат в основе оптических компонентов для манипулирования светом в различных измерениях. В частности, было обнаружено, что композитные микронаноструктуры, построенные в 3D, позволяют создавать новые фотонные устройства с беспрецедентным контролем степеней свободы над состоянием электромагнитных волн и стали новым исследовательским фронтиром в нанофотонной науке и инженерии.

В настоящее время создание композитных микронаноструктур в значительной степени зависит от сложных многоэтапных процессов микронанообработки, где интеграция различных структурных характеристик остается ограниченной. Быстрое создание композитных микронаноструктур с высоким уровнем интеграции в 3D-пространстве долгое время оставалось узким местом из-за отсутствия эффективных подходов к изготовлению.

Сверхбыстрое взаимодействие лазера с веществом стало отличной платформой для подготовки функциональных элементов в прозрачных средах. Исследователи потратили три года на изучение сверхбыстрого лазерно-индуцированного фокусного объемного светового поля и реализовали генерацию, визуализацию и манипулирование фокусными объемными световыми полями. Они обнаружили, что фокусное объемное световое поле может служить универсальным инструментом для создания различных передовых функциональных композитных структур, недостижимых с помощью традиционных методов, и предложили интерференционную модель фокусного объемного светового поля.

Экспериментальные результаты подтвердили, что структурирование композитов на основе фокальной объемной оптической печати может служить универсальным методом структурирования композитов, позволяющим создавать композитные структуры в различных прозрачных диэлектриках с большим потенциалом в различных аспектах фотоники.

Было бы интересно объединить наш подход с технологиями пространственной модуляции света, новыми фотоэлектрическими материалами и интеллектуальными методами планирования траектории для разработки обобщенной стратегии получения функциональных фотонных элементов по требованию в различных прозрачных диэлектриках, что позволит создавать полностью неорганические интегрированные оптические системы следующего поколения, — сказал соавтор работы Цзяньронг Цю, академик Всемирной академии керамики.

Это благодатная почва, которая заслуживает более глубоких исследований в будущем.

Ранее ученые сообщили об изобретении лазера с низкой зернистостью.

08.01.2025