RU2671150C1 - Method for forming defects in volume of dielectric sample with laser radiation - Google Patents

Method for forming defects in volume of dielectric sample with laser radiation Download PDF

Info

Publication number
RU2671150C1
RU2671150C1 RU2017130865A RU2017130865A RU2671150C1 RU 2671150 C1 RU2671150 C1 RU 2671150C1 RU 2017130865 A RU2017130865 A RU 2017130865A RU 2017130865 A RU2017130865 A RU 2017130865A RU 2671150 C1 RU2671150 C1 RU 2671150C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
long
wave
pulses
sample
Prior art date
Application number
RU2017130865A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Федор Викторович Потёмкин
Евгений Игоревич Мареев
Юлия Игоревна Безсуднова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2017130865A priority Critical patent/RU2671150C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2671150C1 publication Critical patent/RU2671150C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to the field of laser processing of materials and concerns the method of forming defects in the volume and on the surface of a dielectric. Method includes the generation of femtosecond laser pulses in the short-wave and long-wave ranges, determination of threshold energies for each radiation, reduction of two focused pulses, determination of the time delay of the long-wave pulse, the effect on the sample of laser pulses with the parameters found, control of the process of creating defects. Reduction of the two focused pulses in the first stage is performed by visualizing the photoluminescence regions of the plasma from both pulses, and the time delay between the pulses is determined from the minimum value of the nonlinear transmission of the long-wave pulse. At the second stage, the reduction is carried out by recording the maximum signal of the third harmonic from the long-wave pulse. Parameters of the defects are monitored by recording the signal of an unsynchronized third harmonic from the long-wave pulse generated on the defects formed.EFFECT: technical result consists in increasing the accuracy of the radiation guidance, reducing the energy of the pulses and providing the possibility of monitoring the processes in real time.12 cl, 8 dwg, 1 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к технологии формирования микро- и наноразмерных дефектов в объеме и/или на поверхности прозрачных материалов - диэлектриков посредством лазерной фемтосекундной объемной обработки диэлектриков (микромашининга), и может быть использовано в т.ч. при создании оптических схем, брэгговских решеток внутри волокон, биосенсоров, лаборатории-на-чипе, в тканевой инженерии при создании скэффолд - структур, трехмерной записи информации и т.д.The present invention relates to a technology for the formation of micro- and nanoscale defects in the volume and / or on the surface of transparent materials - dielectrics by means of laser femtosecond volumetric processing of dielectrics (micromachining), and can be used including when creating optical schemes, Bragg gratings inside fibers, biosensors, laboratory-on-a-chip, in tissue engineering when creating scaffold structures, three-dimensional information recording, etc.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известны технические решения, обеспечивающие микро-нанообработку (наведение точечных дефектов или множества точечных дефектов) поверхности и/или объема материала одноимпульсным воздействием, воздействием последовательностью одинаковых фемтосекундных импульсов, воздействием импульсом негауссовой формы или совместным воздействии импульсов разной длины волны. При этом в качестве объекта обработки, как правило, выступают кристаллы (≈10*10*5 мм) или пленки (≈25*25*2 мм) широкозонных диэлектриков, такие как плавленый кварц, сапфир. Результатом обработки является точечная абляция материала на поверхности или множество таких дефектов на поверхности или точечное изменение внутренней структуры материала, регистрируемое чаще всего как изменение показателя преломления, в объеме образца или множество таких дефектов.Technical solutions are known from the prior art that provide micro-nano-processing (guidance of point defects or multiple point defects) of a surface and / or volume of a material with a single-pulse action, a sequence of the same femtosecond pulses, a non-Gaussian pulse, or combined pulses of different wavelengths. In this case, crystals (≈10 * 10 * 5 mm) or films (≈25 * 25 * 2 mm) of wide-band dielectrics, such as fused silica, sapphire, as a rule, act as an object of processing. The result of processing is a point ablation of the material on the surface or a plurality of such defects on the surface or a point change in the internal structure of the material, most often recorded as a change in the refractive index, in the bulk of the sample or a plurality of such defects.

В частности, из уровня техники известен способ модификации поверхности материала (Xiaoming Yu and others, 'Damage Formation on Fused Silica Illuminated with Ultraviolet-Infrared Femtosecond Pulse Pairs', 9511 (2015), 95110C <http://dx.doi.org/10.1117/12.2182633>.) с получением круглых кратеров диметром 500 нм и глубиной 70 нм, образующихся в результате обработки материала двумя фемтосекундными импульсами с разными длинами волн (первый импульс: 70 фс 266 нм; второй импульс: 60 фс 800 нм) с задержкой между ними 60 фс. Предложенный способ двухцветного воздействия на вещество сочетает в себе преимущества, связанные с работой в коротковолновом диапазоне длин волн, а именно: малый размер микромодификации (размеры наведенных дефектов близки к дифракционному пределу для данной длины волны) и малая степень фотонности процесса многофотонной ионизации, что позволяет снизить энергию воздействующего на материал импульса, в длинноволновом диапазоне - эффективная лавинная ионизация. Первый (затравочный) коротковолновый импульс, путем многофотонной ионизации создает в среде затравочные электроны, которые используются вторым (греющим) длинноволновым импульсом для запуска лавинной ионизации. Метод двухцветного воздействия характеризуется двухступенчатым воздействием на материал, позволяющим управлять процессами плазмообразования, а следовательно, и размерами наводимых модификаций. В данной статье исследуется возможность уменьшения энергии в первом коротковолновом импульсе без изменения пространственного разрешения (то есть сохранения возможности наведения дефектов диаметром близким к дифракционному пределу), что позволит в будущем в технологии для обработки материалов использовать более дешевую технику (коммерческие волоконные лазеры вместо высокомощных лазеров).In particular, a prior art method for modifying the surface of a material is known (Xiaoming Yu and others, 'Damage Formation on Fused Silica Illuminated with Ultraviolet-Infrared Femtosecond Pulse Pairs', 9511 (2015), 95110C <http://dx.doi.org/ 10.1117 / 12.2182633>.) To obtain round craters with a diameter of 500 nm and a depth of 70 nm, resulting from the processing of the material by two femtosecond pulses with different wavelengths (first pulse: 70 fs 266 nm; second pulse: 60 fs 800 nm) with a delay between them 60 fs. The proposed method for two-color exposure to a substance combines the advantages associated with operating in the short-wavelength range of wavelengths, namely, the small size of micromodification (the dimensions of induced defects are close to the diffraction limit for a given wavelength) and the small degree of photonity of the multiphoton ionization process, which allows to reduce energy of the pulse acting on the material, in the long-wavelength range - effective avalanche ionization. The first (seed) short-wave pulse, by multiphoton ionization, creates seed electrons in the medium, which are used by the second (heating) long-wave pulse to trigger avalanche ionization. The method of two-color exposure is characterized by a two-stage effect on the material, which allows controlling the processes of plasma formation, and, consequently, the size of induced modifications. This article explores the possibility of reducing energy in the first short-wavelength pulse without changing the spatial resolution (that is, maintaining the possibility of inducing defects with a diameter close to the diffraction limit), which will make it possible to use cheaper equipment in the future for processing materials (commercial fiber lasers instead of high-power lasers) .

Способ получения дефектов на поверхности плавленого кварца, представленный в данной статье, включает фокусировку на поверхность образца в одну область двух излучений разными линзами, с возможностью независимого изменения энергии импульсов с помощью ND фильтров, сведение двух импульсов во времени с использованием эффекта генерации разностной частоты в дополнительном нелинейном кристалле ВВО. Необходимые энергии в пучках, а именного пороговые энергии оптического пробоя в одноимпульсном режиме и в двухимпульсом режиме находились методом визуализации наведенного дефекта с помощью CCD камеры. Оптимальная задержка между импульсами, при которой достигается минимальная пороговая энергия коротковолнового импульса находилась методом визуализации наведенного дефекта с помощью CCD камеры при разных значениях задержи и при разных энергия длинноволнового импульса. Также полученные в эксперименте модификации в вышеупомянутой работе исследовались с помощью оптического микроскопа и сканирующего электронного микроскопа. Было показано, что использование длинноволнового импульса с круговой поляризацией позволяет уменьшить пороговую энергию первого коротковолнового импульса по сравнению с использованием линейно поляризованного второго импульса, однако разницы в размерах наведенных дефектов не наблюдалось.The method for producing defects on the surface of fused silica, presented in this article, involves focusing on the sample surface in one region of two radiations with different lenses, with the possibility of independent change in the pulse energy using ND filters, reducing two pulses in time using the differential frequency generation effect in an additional BBO nonlinear crystal. The necessary energies in the beams, and the threshold energies of optical breakdown in the single-pulse mode and in the double-pulse mode, were found by visualizing the induced defect using a CCD camera. The optimal delay between pulses, at which the minimum threshold energy of the short-wavelength pulse is reached, was found by visualizing the induced defect using a CCD camera for different values of the delay and for different energy of the long-wavelength pulse. Also, the modifications obtained in the experiment in the above work were investigated using an optical microscope and a scanning electron microscope. It was shown that the use of a long-wavelength pulse with circular polarization makes it possible to reduce the threshold energy of the first short-wavelength pulse in comparison with the use of a linearly polarized second pulse, however, there was no difference in the sizes of induced defects.

Однако, данное решение не обеспечивает возможности создания дефектов в объеме материала, в т.ч. в связи с отсутствием средств визуализации получающихся дефектов в объеме и сведения двух импульсов в пространстве и в объеме образца. Кроме того, для изменения энергий в обоих каналах используются наборы фильтров, что не позволяет плавно (непрерывно) менять энергии импульсов. Для определения сведения фемтосекундных импульсов во времени используется дополнительный нелинейный кристалл, что усложняет конструкцию установки и увеличивает его стоимость. Определение оптимальной задержки между импульсами связано с необходимостью регистрации появления модификаций, что требует соответствующего оборудования и не является оптимальным решением. Кроме того, отсутствует возможность контроля за процессом создания модификации в режиме реального времени. Измерение размера наведенного дефекта осуществляется с помощью сканирующего электронного микроскопа, размещенного отдельно от установки по микрообработке материалов, в связи с чем, для проведения контрольных исследований дефектов необходимо извлекать образец из установки.However, this solution does not provide the possibility of creating defects in the volume of the material, including due to the lack of visualization tools for the resulting defects in volume and the information of two pulses in space and in the volume of the sample. In addition, filter sets are used to change the energies in both channels, which does not allow smoothly (continuously) changing pulse energies. An additional nonlinear crystal is used to determine the time of femtosecond pulses in time, which complicates the design of the setup and increases its cost. Determining the optimal delay between pulses is associated with the need to register the appearance of modifications, which requires appropriate equipment and is not an optimal solution. In addition, there is no possibility of monitoring the process of creating modifications in real time. The size of the induced defect is measured using a scanning electron microscope, which is located separately from the microprocessing unit for materials, and therefore, for carrying out control studies of defects, it is necessary to extract a sample from the unit.

Наиболее близким к заявляемому решению является лазерная система фемтосекундной обработки с контролем параметров процесса и обратной связью (US 2011139760), включающая фемтосекундный лазер, оптическую частотную конверсию, оптику управления лучами, управление движением цели (мишени), камеру обработки, диагностические системы и модули управления системой, обеспечивающие контроль обработки лазерных материалов. Система допускает изменение в режиме реального времени параметров обработки, в частности, можно настроить работу системы для конкретного приложения и убедиться в достижении желаемого результата. Система включает в себя устройство для генерирования оптических импульсов, в котором каждый импульс может иметь индивидуальные характеристики. Устройство содержит лазерное средство для генерации импульсов, средство управления, которое управляет лазерным средством и средством манипулирования лучом для контроля ширины импульса, длины волны, частоты повторения, характеристик поляризации и/или временной задержки импульсов, содержащих импульс всплесков. Устройство генерирует данные обратной связи на основе измеренной ширины импульса, длины волны, частоты повторения, характеристик поляризации и/или временной задержки для средства управления. В одном варианте осуществления изобретения лазерное средство может содержать волоконный усилитель, который использует растягивающие решетки и компрессорные решетки. Средство манипулирования лучами может содержать множество устройств, например, оптическое стробирующее устройство, которое измеряет длительность лазерных импульсов, измеритель мощности, который измеряет мощность лазерных импульсов, выводимых из лазерного средства, или фотодиод, который измеряет частоту повторение лазерных импульсов.Closest to the claimed solution is a femtosecond laser system with process control and feedback (US 2011139760), including a femtosecond laser, optical frequency conversion, beam control optics, target (target) motion control, processing camera, diagnostic systems and system control modules providing control of the processing of laser materials. The system allows real-time changes to processing parameters, in particular, you can configure the system for a specific application and make sure you achieve the desired result. The system includes a device for generating optical pulses, in which each pulse can have individual characteristics. The device comprises laser means for generating pulses, control means that controls the laser means and beam manipulation means for controlling the pulse width, wavelength, repetition rate, polarization characteristics and / or time delay of pulses containing burst pulses. The device generates feedback data based on the measured pulse width, wavelength, repetition rate, polarization characteristics and / or time delay for the control means. In one embodiment of the invention, the laser means may comprise a fiber amplifier that uses tensile grids and compressor grids. The beam manipulation means may comprise a plurality of devices, for example, an optical gating device that measures the duration of the laser pulses, a power meter that measures the power of the laser pulses output from the laser means, or a photodiode that measures the repetition frequency of the laser pulses.

В другом варианте осуществления средство управления лучами оптически преобразует основную частоту генерируемых лазерных импульсов в одну или несколько других оптических частот и включает в себя, по меньшей мере, один оптический элемент, который преобразует часть фундаментальных импульсов лазера в, по меньшей мере, одну гармонику более высокого порядка. Оптическое устройство может содержать нелинейное кристаллическое устройство, которое контролирует ориентацию кристалла. Предпочтительно средства для преобразования оптической частоты включают в себя спектрометр, который измеряет заданные параметры импульсов, выводимых из нелинейного кристаллического устройства, и генерирует обратную связь для средства управления. Еще один вариант осуществления средства управления пучком содержит телескопические оптические устройства для управления размером, формой, расходимостью или поляризацией входных импульсов лазера и оптикой рулевого управления для управления местоположением удара лазерными импульсами на целевой подложке. Устройство может дополнительно содержать прибор, который контролирует характеристики лазерных импульсов и генерирует обратную связь для средств управления.In another embodiment, the beam control means optically converts the fundamental frequency of the generated laser pulses into one or more other optical frequencies and includes at least one optical element that converts a portion of the fundamental laser pulses into at least one harmonic of a higher order. The optical device may comprise a non-linear crystalline device that controls the orientation of the crystal. Preferably, the means for converting the optical frequency include a spectrometer that measures the predetermined parameters of the pulses output from the non-linear crystalline device and generates feedback for the control means. Another embodiment of the beam control means comprises telescopic optical devices for controlling the size, shape, divergence or polarization of the input laser pulses and steering optics for controlling the location of the laser pulse impact on the target substrate. The device may further comprise a device that monitors the characteristics of the laser pulses and generates feedback for the controls.

Вышеописанное устройство может быть использовано для изменения показателя преломления целевой подложки; поверхностной маркировки, маркировки подповерхности и текстурирования поверхности образца; изготовления отверстий, каналов или отверстий в целевой подложке; осаждения или удаления тонких слоев материала. Устройство может работать как в режиме одноимпульсного воздействия, так и двухимпульсного (с одной или разными длинами волн) или многоимпульсного воздействия с осуществлением контроля за наведенными модификациями в режиме реального времени.The above device can be used to change the refractive index of the target substrate; surface marking, subsurface marking and texturing of the sample surface; making holes, channels or holes in the target substrate; deposition or removal of thin layers of material. The device can operate both in single-pulse mode and in double-pulse mode (with one or different wavelengths) or in multi-pulse mode with real-time monitoring of the induced modifications.

Однако, система является сложной и крупно габаритной, включает в себя большое количество приборов, что снижает показатель ненадежности установки и усложняет процесс ухода за ней. Система контроля в заявляемом устройстве состоит только из датчика определения третьей гармоники длинноволнового излучения. Тогда как для осуществления обратной связи известное решение для управления параметрами пучка содержит крупногабаритные устройства - спектрометр, усилитель импульсов (стретчер, компрессор). Еще одним недостатком известной системы является использование импульсов с энергией более 1 мкДж, что требует использования мощного лазера. Заявляемая технология (способ и устройство) является более простой и экономичной, требует потребления меньшей энергии для формирования структурированных образцов (микродефектов) (энергия обоих импульсов является меньше 1 мкДж) при обеспечении высокой точности позиционирования микро-нано дефектов.However, the system is complex and large-sized, includes a large number of devices, which reduces the reliability of the installation and complicates the process of caring for it. The control system in the inventive device consists only of a sensor for determining the third harmonic of long-wave radiation. Whereas for providing feedback, the known solution for controlling the beam parameters contains large-sized devices - a spectrometer, a pulse amplifier (stretcher, compressor). Another disadvantage of the known system is the use of pulses with an energy of more than 1 μJ, which requires the use of a powerful laser. The inventive technology (method and device) is simpler and more economical, requires less energy to form structured samples (microdefects) (the energy of both pulses is less than 1 μJ) while ensuring high accuracy of positioning of micro-nano defects.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей настоящего изобретения является создание управляемых по размеру точечных модификаций в объеме широкозонных диэлектриков посредством управления энерговкладом (объемной плотностью поглощенной материалом энергии) при воздействии на образец пары фемтосекундных низкоэнергетических (Е<1 мкДж) импульсов с разными длинами волн с осуществлением регистрации и контроля процессов, протекающих при модификации образца в режиме реального времени, а также возможностью последующего исследования наведенных дефектов, не вынимая образец из установки.The present invention is the creation of size-controlled point modifications in the volume of wide-gap dielectrics by controlling the energy input (volume density of the energy absorbed by the material) when a sample is exposed to a pair of femtosecond low-energy (E <1 μJ) pulses with different wavelengths with the registration and control of processes occurring when the sample is modified in real time, as well as the possibility of subsequent investigation of induced defects without removing the sample from installation.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности высокоточного наведения контролируемых по размеру микромодификаций в объеме широкозонного диэлектрика двумя низкоэнергитичными (Е<1 мкДж) фемтосекундными остросфокусированными (NA=0.4) импульсами разных длин волн с возможностью контроля за протекающими процессами в режиме реального времени и последующей визуализацией наведенного дефекта при упрощении технологии (способа и устройства).The technical result of the invention is the provision of high-precision guidance of size-controlled micromodifications in the volume of a wide-gap dielectric by two low-energy (E <1 μJ) femtosecond sharply focused (NA = 0.4) pulses of different wavelengths with the possibility of real-time monitoring of ongoing processes and subsequent visualization of the induced defect while simplifying the technology (method and device).

Поставленная задача решается тем, что способ формирования дефектов в объеме и/или на поверхности образца диэлектрика включает:The problem is solved in that the method of forming defects in the volume and / or on the surface of the dielectric sample includes:

- генерацию лазерных излучений на двух длинах волн фемтосекундной длительности (импульсов гауссовой формы) в коротковолновом (УФ-видимом) диапазоне с линейной поляризацией и длинноволновом (ближнем-среднем ИК) диапазоне с круговой поляризацией, соответственно, с последующей их фокусировкой в заданной точке в объеме и/или на поверхности образца,- generation of laser radiation at two wavelengths of femtosecond duration (Gaussian pulses) in the short-wave (UV-visible) range with linear polarization and the long-wave (near-medium IR) range with circular polarization, respectively, with their subsequent focusing at a given point in the volume and / or on the surface of the sample,

- определение пороговых энергий для каждого излучения,- determination of threshold energies for each radiation,

- сведение двух сфокусированных импульсов в объеме образца в пространстве и во времени с определением временной задержки второго длинноволнового импульса относительно первого - коротковолнового,- the reduction of two focused pulses in the volume of the sample in space and time with the determination of the time delay of the second long-wave pulse relative to the first short-wave,

- последующим воздействием на образец лазерными импульсами с найденными параметрами, и контролем как процесса создания дефектов, так и параметров созданных дефектов,- subsequent exposure to the sample with laser pulses with the found parameters, and control of both the process of creating defects and the parameters of the created defects,

при этом сведение двух сфокусированных импульсов в пространстве и во времени осуществляют в два этапа, на первом из которых осуществляют «грубое» сведение сфокусированных импульсов без образца посредством визуализации областей фотолюминесценции плазмы от обоих импульсов, и совмещения полученных изображений, при этом временную задержку между импульсами определяют по минимальному значению нелинейного пропускания длинноволнового импульса от величины временной задержки между импульсами, на втором этапе осуществляют сведение сфокусированных импульсов в объеме и/или на поверхности образца посредством наведения модификации коротковолновым импульсом с энергией, больше Епорог кв и последующей юстировкой фокуса длинноволнового импульса с энергией меньшей Епорог дв до регистрации максимального сигнала третьей гармоники от длинноволнового импульса, после чего максимальное значение третьей гармоники определяют в режиме движения образца с получением пересечения перетяжек двух сфокусированных импульсов с максимально возможной микронной точностью, при этом повторно определяют временную задержку между импульсами в образце аналогично первому этапу;at the same time, two focused pulses are reduced in space and in time in two stages, in the first of which “rough” reduction of focused pulses without a sample is performed by visualizing the plasma photoluminescence regions from both pulses and combining the obtained images, while the time delay between pulses is determined the minimum value of the nonlinear transmission of a long-wave pulse from the value of the time delay between pulses, at the second stage, focuses are reduced ovannyh pulses in the volume and / or on the surface of the sample by pointing modification short-pulse with energy greater E threshold q and subsequent alignment of focus longwave pulse with an energy smaller than E threshold dd before the registration of the maximum of the third harmonic signal from the long wavelength pulse, then the maximum value of the third harmonic determined in the mode of movement of the sample to obtain the intersection of the constrictions of two focused pulses with the highest possible micron accuracy, while repeatedly predelyayut time delay between the pulses in a sample similar to the first step;

а контроль процесса создания дефектов осуществляют посредством регистрации сигнала несинхронной третьей гармоники от длинноволнового импульса, генерирующегося на неоднородностях, образованных наведенной плазмой в области перетяжки, с одновременной регистрацией прошедшего длинноволнового излучения, а контроль параметров созданных дефектов осуществляют посредством регистрации сигнала несинхронной третьей гармоники от длинноволнового импульса, генерирующегося на образованных дефектах.and the control of the process of creating defects is carried out by recording the signal of the nonsynchronous third harmonic from the long-wave pulse generated by the inhomogeneities formed by the induced plasma in the waist region, while registering the transmitted long-wave radiation, and the parameters of the created defects are controlled by recording the signal of the non-synchronous third harmonic from the long-wave pulse, generated by formed defects.

Для создания более одного дефекта образец перемещают синхронно с частотой следования импульсов на заданное расстояние. В наилучшем варианте осуществления изобретения длинноволновое излучение используют в диапазоне 1,2-5,0 мкм, коротковолновое - 0,2-0,7 мкм, диапазон энергий длинноволнового излучения составляет 0,9-0,95 Епорог дв, коротковолнового - 0,3-0,9 Епорог кв. Пороговые энергии излучений определяют посредством регистрации нелинейного пропускания соответствующего излучения, или регистрации сигнала третьей гармоники от длинноволнового излучения, генерирующегося на лазерно-индуцированной плазме, созданной коротковолновым излучением. Визуализацию областей фотолюминесценции плазмы от двух сфокусированных импульсов осуществляют с помощью ПЗС камер с использованием микрообъективов в двух проекциях.To create more than one defect, the sample is moved synchronously with the pulse repetition rate by a given distance. In the best embodiment of the invention, long-wave radiation is used in the range 1.2-5.0 μm, short-wave - 0.2-0.7 μm, the energy range of long-wave radiation is 0.9-0.95 E threshold dv , short-wave - 0, 3-0.9 E threshold sq . The threshold radiation energies are determined by recording non-linear transmission of the corresponding radiation, or registering a third harmonic signal from long-wave radiation generated by laser-induced plasma generated by short-wave radiation. Visualization of plasma photoluminescence regions from two focused pulses is carried out using CCD cameras using micro lenses in two projections.

Поставленная задача решается также тем, что система для создания дефектов в объеме и/или на поверхности образца диэлектрика лазным излучением включает:The problem is also solved by the fact that the system for creating defects in the volume and / or on the surface of the dielectric sample by laser radiation includes:

- источник лазерного излучения, выполненный с возможностью формирования лазерного излучения на двух длинах волн фемтосекундной длительности (гауссовой формы) в коротковолновом (УФ-видимом) диапазоне с линейной поляризацией и длинноволновом (ближнем-среднем ИК) диапазоне с круговой поляризацией, соответственно,- a laser radiation source configured to generate laser radiation at two wavelengths of femtosecond duration (Gaussian shape) in the short-wave (UV-visible) range with linear polarization and the long-wave (near-average IR) range with circular polarization, respectively,

- два канала излучения, коротковолнового и длинноволнового, соединенные с источником лазерного излучения, с размещенными в них блоками изменения и контроля энергии излучения, при этом в длинноволновом канале расположена линза для компенсации разницы фокусных расстояний для разных длин волн,- two radiation channels, a short-wavelength and a long-wavelength, connected to a laser radiation source, with blocks for changing and controlling the radiation energy located in them, while in the long-wave channel there is a lens to compensate for the difference in focal lengths for different wavelengths,

- блок контроля временной задержки второго длинноволнового импульса относительно первого - коротковолнового посредством изменения оптической длины пути излучения, размещенный в одном из каналов,- a control unit for the time delay of the second long-wave pulse relative to the first short-wave pulse by changing the optical path length of the radiation, located in one of the channels,

- блок фокусировки коротковолнового и длинноволнового излучений,- block focusing short-wave and long-wave radiation,

- блок визуализации областей фотолюминесценции плазмы от двух сфокусированных импульсов, включающий две ПЗС камеры с микрообъективами, направленные на образец и соединенные с ПК, расположенные во взаимно перпендикулярных направлениях, выполненные с возможностью перемещения по трем осям (х у z);- a unit for visualizing regions of plasma photoluminescence from two focused pulses, including two CCD cameras with micro lenses aimed at the sample and connected to a PC located in mutually perpendicular directions, arranged to move along three axes (x y z);

- средства перемещения образца в трех направлениях,- means of moving the sample in three directions,

- блок контроля процесса создания дефектов и параметров созданных дефектов в или на поверхности образца,- a control unit for the process of creating defects and parameters of the created defects in or on the surface of the sample,

при этом блок изменения и контроля энергий излучений, блок контроля временной задержки, блок визуализации, средство перемещения образца, блок контроля процесса создания дефектов и параметров созданных дефектов выполнены с возможностью подключения к ПК.at the same time, the unit for changing and controlling the radiation energies, the time delay control unit, the visualization unit, the sample moving means, the control unit for the process of creating defects and the parameters of the created defects are made with the possibility of connecting to a PC.

Блок изменения и контроля энергии излучения в одном из вариантов осуществления изобретения включает четвертьволновую пластинку, призму Глана и полупроводниковый датчик интенсивности излучения требуемой длины волны, при этом пластина и призма предназначены для изменения энергии излучения.The unit for changing and controlling the radiation energy in one embodiment of the invention includes a quarter-wave plate, a Glan prism and a semiconductor radiation intensity sensor of the desired wavelength, while the plate and prism are designed to change the radiation energy.

Блок контроля временной задержки в одном из вариантов осуществления изобретения включает два диэлектрических зеркала, выполненных с возможностью осевого перемещения.The time delay control unit in one embodiment of the invention includes two dielectric mirrors configured for axial movement.

Блок фокусировки в одном из вариантов осуществления изобретения включает фокусирующую линзу с параметром NA в диапазоне 0,3-0,5, выполненную с возможностью перемещения по трем осям.The focusing unit in one embodiment of the invention includes a focusing lens with a parameter of NA in the range of 0.3-0.5, made with the possibility of movement along three axes.

Линза для компенсации разницы фокусных расстояний имеет фокусное расстояние от 30-70 см, в зависимости от длин волн излучений.The lens to compensate for the difference in focal lengths has a focal length of 30-70 cm, depending on the radiation wavelengths.

Блок контроля процесса создания дефектов и параметров созданных дефектов в одном из вариантов осуществления изобретения включает коллимирующую линзу, собирающую выходящие из образца излучение, и три датчика интенсивности для трех разных длин волн - длинноволнового излучения, коротковолнового излучения, третьей гармоники длинноволнового излучения.The control unit for the process of creating defects and parameters of created defects in one embodiment of the invention includes a collimating lens that collects radiation emanating from the sample, and three intensity sensors for three different wavelengths — long-wave radiation, short-wave radiation, and third harmonic of long-wave radiation.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично представлено расположение функциональных блоков, описанных в формуле изобретения, на фиг. 2 - схематично представлена экспериментальная установка с всеми оптическими элементами, на фиг. 3 подробно (со всеми оптическими элементами) показан блок визуализации областей фотолюминесценции плазмы, на фиг. 4 представлено изображение, получающееся на экране ПК, областей люминесценции плазмы, где стрелки показывают направления совмещения областей фотолюминесценции плазм. На фиг. 5 подробно показан блок контроля процесса создания дефектов и параметров созданных дефектов. Фиг. 6-8 демонстрируют результаты экспериментов. В частности, на фиг. 6 показаны результаты по определению пороговой энергии плазмообразования длинноволнового излучения (1240 нм, 200 фс) в плавленом кварце по средствам измерения нелинейного пропускания длинноволнового излучения 25 и измерения сигнала несинхронной третьей гармоники 26, генерирующейся на плазме (в эксперименте использовалась фокусирующая линза А240ТМ). Из фиг. 6 видно, что при использовании эффекта генерации третьей гармоники порог плазмообразования определяется точнее. Порог плазмообразования соответствует точке нала роста сигнала третьей гармоники. Эволюция сигналов третьей гармоники 28 и нелинейного пропускания длинноволнового излучения 27 в зависимости от задержки между импульсами показана на фиг. 7. Ноль на оси времени отвечает моменту совпадению максимумов огибающих импульсов во времени (при отрицательных задержках длиноволновый импульс приходит в среду раньше коротковолнового). Оптимальная задержка соответствует минимуму сигнала пропускания длинноволнового импульса и локальному минимуму в сигнале третьей гармоники. На фиг. 8 представлены результаты экспериментов по модификации плавленого кварца. На фиг. 8а изображен дефект в плавленом кварце, полученный в 100Х оптическом микроскопе, наведенный с использование в качестве коротковолнового импульса излучение с параметрами 620 нм, 150 фс, 0,3 Eпорог кв и в качестве длинноволнового импульса - 1240 нм, 200 фс, 0,9 Епорог дв. На фиг. 8б, в показаны поперечный и продольный профили дефекта, соответственно, полученные по средствам регистрации сигнала третьей гармоники 29, и с помощью оптического микроскопа 30. На фиг. 8д представлено схематичное изображение полученных модификаций. На фиг. 8е показаны изображения модификаций на оптическом микроскопе, полученных при разных энергиях коротковолнового импульса. Темная область (коэффициент отражения меньше, чем у чистого материала) - область разряженной плотности, светлая область (коэффициент отражения больше, чем у чистого материала) - уплотненная оболочка.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 schematically shows the arrangement of the functional blocks described in the claims, FIG. 2 is a schematic representation of an experimental setup with all optical elements; FIG. 3 shows in detail (with all optical elements) a block for visualizing the regions of plasma photoluminescence, FIG. Figure 4 shows the image obtained on the PC screen of the plasma luminescence regions, where the arrows show the directions of alignment of the plasma photoluminescence regions. In FIG. 5 shows in detail the control unit for the process of creating defects and the parameters of the created defects. FIG. 6-8 show the experimental results. In particular, in FIG. Figure 6 shows the results of determining the threshold plasma-forming energy of long-wavelength radiation (1240 nm, 200 fs) in fused silica by measuring nonlinear transmission of long-wavelength radiation 25 and measuring the signal of the non-synchronous third harmonic 26 generated on the plasma (the focusing lens A240TM was used in the experiment). From FIG. Figure 6 shows that when using the third-harmonic generation effect, the plasma formation threshold is determined more precisely. The plasma formation threshold corresponds to the growth point of the third harmonic signal. The evolution of the signals of the third harmonic 28 and non-linear transmission of long-wave radiation 27 depending on the delay between pulses is shown in FIG. 7. Zero on the time axis corresponds to the moment when the maxima of the envelopes of the pulses coincide in time (with negative delays, the long-wave pulse arrives earlier than the short-wave on Wednesday). The optimal delay corresponds to the minimum of the transmission signal of the long-wave pulse and the local minimum in the third harmonic signal. In FIG. Figure 8 presents the results of experiments on the modification of fused silica. In FIG. Figure 8a shows a defect in fused silica obtained in a 100X optical microscope induced using radiation with parameters of 620 nm, 150 fs, 0.3 E threshold q and a long-wave pulse of 1240 nm, 200 fs, 0.9 as a short-wavelength pulse. E threshold dv . In FIG. 8b, c show the transverse and longitudinal profiles of the defect, respectively, obtained by means of recording the signal of the third harmonic 29, and using an optical microscope 30. In FIG. 8d is a schematic representation of the obtained modifications. In FIG. 8e shows images of modifications on an optical microscope obtained at different energies of a short-wavelength pulse. The dark region (reflection coefficient is lower than that of pure material) is the region of discharged density, the light region (reflection coefficient is higher than that of pure material) is a densified shell.

Позициями на чертежах обозначены:The positions in the drawings indicate:

1 - источник лазерного излучения1 - laser radiation source

2 - блок изменения и контроля энергии в каналах (возможно использовать четвертьволновую пластинку и призму Глана, для определения энергии полупроводниковый датчик интенсивности для измеряемой длины волны)2 - unit for changing and controlling energy in channels (it is possible to use a quarter-wave plate and a Glan prism to determine the energy of a semiconductor intensity sensor for the measured wavelength)

3 - линза для компенсации разницы фокусных расстояний для разных длин волн3 - lens to compensate for the difference in focal lengths for different wavelengths

4 - блок фокусировки коротковолнового и длинноволнового излучения4 - block focusing short-wave and long-wave radiation

5 - блок управления временной задержки5 - time delay control unit

6 - блок визуализации областей фотолюминесценции плазмы6 - block visualization of the areas of plasma photoluminescence

7 - блок контроля процесса создания дефектов и параметров созданных дефектов7 - control unit for the process of creating defects and parameters of created defects

8 - делитель пучка на два канала8 - beam divider into two channels

9 - полуволновая пластинка9 - half-wave plate

10 - призма Глана10 - Glan prism

11 - полупроводниковый датчик контроля падающей энергии11 - semiconductor sensor for controlling incident energy

12 - нелинейный кристалл, служащий для преобразования излучения в более высокую гармонику в одном из каналов12 - nonlinear crystal, used to convert radiation to a higher harmonic in one of the channels

13 - линейный шаговый двигатель, изменяющий оптическую длину пути одного из каналов13 - linear stepper motor that changes the optical path length of one of the channels

14 - диэлектрическое зеркало, закрепленное на шаговом двигателе 1314 - dielectric mirror mounted on a stepper motor 13

15 - диэлектрическое зеркало, закрепленное на шаговом двигателе 1315 - dielectric mirror mounted on a stepper motor 13

16 - трехосевой моторизованный шаговый двигатель, на котором закреплен образец16 - three-axis motorized stepper motor, on which the sample is mounted

17 - ПЗС камера в плоскости XZ17 - CCD camera in the XZ plane

18 - микрообъектив к ПЗС камера в плоскости XZ18 - a micro lens to the CCD camera in the XZ plane

19 - ПЗС камера в плоскости XY19 - CCD camera in the XY plane

20 - микрообъектив к ПЗС камера в плоскости XY20 - a micro lens to the CCD camera in the XY plane

21 - образец21 - sample

22 - область фотолюминесценции плазмы в кристалле плавленого кварца от длинноволнового излучения22 - region of plasma photoluminescence in a fused quartz crystal from long-wave radiation

23 - область люминесценции плазмы в кристалле плавленого кварца от коротковолнового излучения23 - region of plasma luminescence in a fused silica crystal from short-wave radiation

24 - коллимирующая линза, собирающее излучения, расходящееся от образца24 - collimating lens, collecting radiation, diverging from the sample

25 - полупроводниковый датчик на соответствующую длину волны, измеряющий интенсивность прошедшего излучения (либо длинноволновое излучение, либо коротковолновое излучение)25 - semiconductor sensor for the appropriate wavelength, measuring the intensity of the transmitted radiation (either long-wave radiation or short-wave radiation)

26 - полупроводниковый датчик на соответствующую длину волны, измеряющий интенсивность прошедшего излучения (либо длинноволновое излучение, либо коротковолновое излучение)26 is a semiconductor sensor for an appropriate wavelength, measuring the intensity of the transmitted radiation (either long-wave radiation or short-wave radiation)

27 - фотоэлектронный умножитель, регистрирующий сигнал третьей гармоники27 - photomultiplier tube that records the third harmonic signal

28 - график нелинейного пропускания длинноволнового излучения28 is a graph of nonlinear transmission of long wavelength radiation

29 - график зависимости сигнала третьей гармоники от падающей энергии длинноволнового излучения29 is a graph of the dependence of the third harmonic signal on the incident energy of long-wave radiation

30 - график нелинейного пропускания длинноволнового излучения от величины временной задержки между импульсами30 is a graph of the nonlinear transmission of long-wave radiation from the magnitude of the time delay between pulses

31 - график зависимости сигнала третьей гармоники от величины временной задержки между импульсами31 is a graph of the dependence of the third harmonic signal on the value of the time delay between pulses

32 - профиль модификации (поперечный фиг. 8б, продольный фиг. 8в), полученный по средствам регистрации сигнала третьей гармоники32 is a modification profile (transverse FIG. 8b, longitudinal FIG. 8c) obtained by means of recording the third harmonic signal

33 - профиль модификации (поперечный фиг. 8б, продольный фиг. 8в), полученный по средствам анализа изображения, полученного в оптическом микроскопе (фиг. 8а).33 is a modification profile (transverse FIG. 8b, longitudinal FIG. 8c) obtained by means of image analysis obtained in an optical microscope (FIG. 8a).

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Заявляемая группа изобретений может быть реализована с помощью системы (экспериментальной установки), представленной на фиг. 1-2. В одном из вариантов реализации установка для воздействия на объем и/или поверхность диэлектрика парой остросфокусированных фемтосекундных лазерных импульсов включает в себя следующие элементы: лазерная система 1, затем делитель пучка на два канала 8 (один канал длинноволнового импульса, второй коротковолнового импульса). Энергия излучения в каждом канале варьируется независимо с помощью полуволновой пластины 9 и призмы Глана 10, а контроль за энергией осуществляется с помощью полупроводникового датчика на измеряемую длину волны 11, подключенного к ПК (эти три элемента вместе составляют блок изменения и контроля энергии излучения 2). В канале коротковолнового импульса находится нелинейный кристалл 12, служащий для преобразования излучения, выходящего из лазерной системы (основного излучения), в более высокую гармонику, а также фильтр для отрезания основного излучения. В этом же канале стоит блок контроля временной задержки 5, который включает в себя линейный шаговый двигатель 13, управляемый ПК, перемещающий два диэлектрических зеркала 14-15. В канале длинноволнового излучения после блока изменения и контроля энергии излучения 2 стоит линза для компенсации разницы фокусных расстояний 3, возникающей из-за использования излучений разных длин волн, с возможностью юстировки по трем осям. В блок фокусировки коротковолновое и длинноволновое излучения «заходят» по одному треку, сам блок состоит из фокусирующей асферической линзы 4 со значениями NA в диапазоне 0,3-0,5 с возможностью юстировки по трем осям. В фокусе линзы находится моторизованный трехосевой шаговый двигатель 16, на котором стоит держатель для образца. По двум сторонам (сверху и сбоку) в перпендикулярных направлениях размещены две ПЗС камеры с микрообъективами 17-20, передающие изображения области фотолюминесценции плазмы (фиг. 4) на ПК - это составляет блок визуализации 6. За блоком визуализации 6 находится блок контроля процесса создания дефектов и параметров созданных дефектов в объеме и/или на поверхности образца 7. Блок состоит из коллимирующей линзы 24 и из двух дихроичных зеркал и набора фильтров, служащих для отделения излучения одной длины волны, и двух полупроводников датчиков измерения интенсивности излучения соответствующей длины волны 25, 26. Сигнал третьей гармоники регистрируется фотоэлектронным умножителем 27, перед которым устанавливают набор фильтров и поляризатор для отсечения сигнала коротковолнового излучения (поляризации коротковолнового излучения и третьей гармоники перпендикулярны).The claimed group of inventions can be implemented using the system (experimental setup) shown in FIG. 1-2. In one embodiment, an apparatus for influencing the volume and / or surface of a dielectric by a pair of sharply focused femtosecond laser pulses includes the following elements: a laser system 1, then a beam splitter into two channels 8 (one channel of a long-wave pulse and a second short-wave pulse). The radiation energy in each channel is varied independently using a half-wave plate 9 and a Glan prism 10, and energy is monitored using a semiconductor sensor at a measured wavelength 11 connected to a PC (these three elements together make up the unit for changing and controlling radiation energy 2). In the channel of the short-wave pulse there is a non-linear crystal 12, which serves to convert the radiation coming out of the laser system (main radiation) into a higher harmonic, as well as a filter for cutting off the main radiation. In the same channel, there is a time delay control unit 5, which includes a linear stepper motor 13, controlled by a PC, moving two dielectric mirrors 14-15. In the channel of long-wave radiation, after the unit for changing and controlling the radiation energy 2, there is a lens to compensate for the difference in focal lengths 3 arising from the use of radiation of different wavelengths, with the possibility of alignment along three axes. The short-wave and long-wave radiation “enter” the focusing unit along one track, the block itself consists of a focusing aspherical lens 4 with NA values in the range 0.3-0.5 with the possibility of alignment along three axes. The focus of the lens is a motorized three-axis stepper motor 16, on which stands a sample holder. On two sides (top and side) in two perpendicular directions there are two CCD cameras with 17-20 micro lenses that transmit images of the plasma photoluminescence region (Fig. 4) to a PC - this makes up imaging unit 6. Behind imaging unit 6 is a unit for controlling the process of creating defects and parameters of the created defects in the volume and / or on the surface of the sample 7. The block consists of a collimating lens 24 and two dichroic mirrors and a set of filters used to separate radiation of the same wavelength, and two semiconductor sensors radiation intensity of the corresponding wavelength 25, 26. The third harmonic signal is recorded by a photomultiplier tube 27, before which a set of filters and a polarizer are installed to cut off the short-wave radiation signal (the polarization of the short-wave radiation and the third harmonic are perpendicular).

Способ микромодификации объема и/или поверхности образца осуществляют при последовательном воздействии на образец парой фемтосекундных лазерных импульсов разной длины волны.The method of micromodification of the volume and / or surface of the sample is carried out by sequentially exposing the sample to a pair of femtosecond laser pulses of different wavelengths.

Способ начинается с генерации фемтосекундных импульсов гауссовой формы с разными длинами волн в УФ-видимом диапазонах (коротковолновое излучение) с линейной поляризацией и ближнем-среднем ИК диапазоне (длинноволновое излучение) с круговой поляризацией. Следующим шагом определяют пороговые энергии плазмообразования (Епорог) для каждого из импульсов в отдельности. Процессы полевой ионизации непороговые, поэтому порогом плазмообразования названа энергия падающего излучения, при которой электронная плотность индуцированной плазмы влияла прохождение импульса через среду. Для определения порога могут быть использованы две методики: первая основана на регистрации нелинейного пропускания образца при поглощении энергии лазерного импульса в плазме 28, вторая - на эффективной генерации третьей гармоники на лазерно-индуцированной плазме 29. Излучение требуемой длины волны фокусируют в объем образца, автоматически перемещаемого с помощью моторизованного трехосевого шагового двигателя 16 (движение необходимо для того, чтобы избежать взаимодействия лазерного импульса с уже поврежденным материалом - одноимпульсный режим взаимодействия с мишенью), после чего его коллимируют линзой 24 и направляют на полупроводниковый детектор 25, 26. Нелинейное пропускание четвертой гармоники и сигнал третьей гармоники от длинноволнового излучения регистрируют с помощью фотоэлектронного умножителя 27. Значение пороговой энергии плазмообразования определяют по точке перегиба зависимости нелинейного пропускания (фиг. 6), например, см. F V Potemkin, В G Bravy, and et al., 'Overcritical Plasma Ignition and Diagnostics from Oncoming Interaction of Two Color Low Energy Tightly Focused Femtosecond Laser Pulses inside Fused Silica', Laser Physics Letters, 13 (2016), 45402 <http://dx.doi.org/10.1088/1612-2011/13/4/045402>.The method begins with the generation of femtosecond pulses of a Gaussian shape with different wavelengths in the UV-visible ranges (short-wavelength radiation) with linear polarization and near-medium IR range (long-wavelength radiation) with circular polarization. The next step is to determine the threshold energy of plasma formation (E threshold ) for each of the pulses separately. Field ionization processes are nonthreshold; therefore, the incident radiation energy at which the electron density of the induced plasma affected the passage of the pulse through the medium is called the plasma formation threshold. Two methods can be used to determine the threshold: the first is based on the detection of nonlinear transmission of the sample upon absorption of the laser pulse energy in the plasma 28, the second is based on the efficient generation of the third harmonic on the laser-induced plasma 29. Radiation of the required wavelength is focused into the volume of the sample automatically transferred using a motorized three-axis stepper motor 16 (movement is necessary in order to avoid the interaction of the laser pulse with already damaged material - single-pulse the mode of interaction with the target), after which it is collimated by the lens 24 and sent to a semiconductor detector 25, 26. Nonlinear transmission of the fourth harmonic and the third harmonic signal from long-wave radiation are recorded using a photoelectron multiplier 27. The threshold plasma formation energy is determined by the inflection point of the nonlinear transmittance (Fig. 6), for example, see FV Potemkin, G Bravy, and et al., 'Overcritical Plasma Ignition and Diagnostics from Oncoming Interaction of Two Color Low Energy Tightly Focused Femtosecond Laser Pulses inside Fused Silica', Laser Physics Letters , 13 (2016), 45402 <http: // dx .doi.org / 10.1088 / 1612-2011 / 13/4/045402>.

Плавное изменение падающей на образец энергии происходит в блоке изменения и контроля энергии излучения 2 в каждом канале отдельно. Это осуществляется посредством вращения полуволновой пластины 9 при фиксированном положении призмы Глана 10. Значение энергии падающего излучение передается на ПК с полупроводникового датчика, куда попадает 4% излучения из канала за счет отражения Френеля от прозрачной пластинки.A smooth change in the energy incident on the sample occurs in the unit for changing and controlling the radiation energy 2 in each channel separately. This is done by rotating the half-wave plate 9 at a fixed position of the Glan prism 10. The energy of the incident radiation is transmitted to the PC from the semiconductor sensor, where 4% of the radiation from the channel is received due to Fresnel reflection from the transparent plate.

Следующим шагом в заявляемом способе является сведение двух остросфокусированных импульсов, попадающих в объем образца с одной стороны, по пространству с микронной и времени с фемтосекундной точностью. Уникальная методика пространственного сведения пучков с точностью до 2 мкм и временного с точностью 8,3 фс состоит из 2 этапов. На первом этапе изображение областей люминесценции плазмы, полученных с ПЗС камер 17-20 (разрешение ПЗС камер с микрообъективами порядка 1 мкм на пиксель), совмещают по средствам юстировки диэлектрических зеркал в каналах излучений. Изображение, получаемое на ПК показано на фиг. 4, где стрелками указаны направления юстировки. При такой «грубой» настройке в воздухе достигают сведения перетяжек излучений с точностью до 15 мкм по пространству и с точностью до длительности импульса по времени. На этом этапе сведения временную задержку между импульсами определяют по минимальному значению нелинейного пропускания длинноволнового импульса 27. Для этого энергия длинноволнового импульса уменьшают до значения пороговой энергии в воздухе, и регистрируют его нелинейное поглощение 28. При совмещении двух импульсов с точностью до длительности импульсов, длинноволновый импульс начинает поглощаться плазмой, создаваемой коротковолновым импульсом, что регистрируется как резкое уменьшение энергии прошедшего сигнала 28. Для дальнейшего этапа юстировки схемы временную задержку устанавливают на положение максимума поглощения. Следующий этап - это более точное сведение перетяжек сфокусированных импульсов с микронной точностью в пространстве и с точностью до 8,3 фс во времени. Для этого местоположение перетяжки коротковолнового импульса фиксируют путем создания модификации в объеме образца в одноимпульсном режиме (коротковолновым импульсом с энергией больше Епорог кв). Длинноволновым импульсом с энергией меньше пороговой (0,2 Епорог дв) сканируют объем образца в направлении распространения импульсов посредством перемещения линзы для компенсации разницы фокусных расстояний по оси излучения. Совмещение перетяжки длинноволнового импульса с наведенным дефектом регистрируют по эффекту генерации несинхронной третьей гармоники. Третья гармоника в данном случае генерируется на краях дефекта, то есть в месте, где возник скачок показателя преломления. При таком сведении точность сведения в пространстве определяется длиной перетяжки пучка при энергии 0,2 Епорог дв. Далее сведение проводят в динамическом режиме при движении кристалла путем максимизации эффекта генерации третьей гармоники при энергии обоих импульсов ниже порога плазмообразования. В таком режиме микроплазма локализована в области перетяжки коротковолнового излучения, и сигнал третьей гармоники будет максимальным при совмещении двух фокусов. Точность сведения пучков в пространстве определяется чувствительностью эффекта генерации третьей гармоники от длинноволнового излучения на неоднородностях показателя преломления, которая равна 1 микрону. Для более точного сведения пучков во времени проводят эксперименты по исследованию эволюции электронной плотности тандемной микроплазмы 31. После сведения пучков в пространстве снимают зависимость нелинейного пропускания длинноволнового импульса от задержки между импульсами с энергиями в каналах меньше пороговых 30. Сведение пучков с точностью до 8,3 фс во времени (точность определяется шагом линейного шагового двигателя, который используют в блоке контроля временной задержки 5) определяют двумя способами. Минимум сигнала пропускания и локальный минимум в сигнале третьей гармоники между двумя пиками наблюдают в момент, когда электронная концентрация максимальна, то есть в момент следования двух импульсов друг за другом с оптимальной временной задержкой (коротковолновый импульс приходит в среду первым) фиг. 7. Для каждого эксперимента величина оптимальной задержки будет изменяться в зависимости от длительности используемых импульсов и материала, а, именно, времени релаксации электронов в нем. Для выбора оптимальной задержки, то есть сведения импульсов по времени, снимают зависимости сигнала третьей гармоники 31 и нелинейного пропускания длинноволнового импульса 30 от задержки между импульсами.The next step in the inventive method is to reduce two sharply focused pulses falling into the sample volume on the one hand, in space with microns and time with femtosecond accuracy. The unique technique of spatial mixing of beams with an accuracy of 2 microns and temporal with an accuracy of 8.3 fs consists of 2 stages. At the first stage, the image of the plasma luminescence regions obtained from CCD cameras 17-20 (resolution of CCD cameras with micro lenses of the order of 1 μm per pixel) is combined by means of alignment of dielectric mirrors in the radiation channels. The image obtained on the PC is shown in FIG. 4, where the arrows indicate the direction of adjustment. With such a “rough” setting in the air, the constriction of radiation is achieved with an accuracy of up to 15 μm in space and with an accuracy of the duration of the pulse in time. At this stage of the information, the time delay between pulses is determined by the minimum value of the nonlinear transmission of the long-wavelength pulse 27. For this, the energy of the long-wavelength pulse is reduced to the threshold energy in air, and its nonlinear absorption is recorded 28. When combining two pulses up to the duration of the pulses, the long-wavelength pulse begins to be absorbed by the plasma created by the short-wave pulse, which is recorded as a sharp decrease in the energy of the transmitted signal 28. For further reference, When adjusting the circuit, the time delay is set to the position of the maximum absorption. The next stage is a more accurate reduction of constrictions of focused pulses with micron accuracy in space and with an accuracy of 8.3 fs in time. To do this, the location of the short-wave pulse constriction is fixed by creating a modification in the sample volume in a single-pulse mode (by a short-wave pulse with an energy greater than E threshold sq ). A long-wavelength pulse with an energy below the threshold (0.2 E threshold dv ) scans the sample volume in the direction of propagation of the pulses by moving the lens to compensate for the difference in focal lengths along the radiation axis. The combination of the constriction of the long-wave pulse with the induced defect is recorded by the effect of generating a non-synchronous third harmonic. The third harmonic in this case is generated at the edges of the defect, that is, in the place where the jump in the refractive index occurred. With this reduction, the accuracy of the reduction in space is determined by the length of the beam waist at an energy of 0.2 E threshold dv . Further, the reduction is carried out in a dynamic mode when the crystal moves by maximizing the effect of third harmonic generation at the energy of both pulses below the plasma formation threshold. In this mode, the microplasma is localized in the waist region of the short-wave radiation, and the third harmonic signal will be maximum when two foci are combined. The accuracy of reducing the beams in space is determined by the sensitivity of the third harmonic generation effect from long-wave radiation on the inhomogeneities of the refractive index, which is equal to 1 micron. To more accurately reduce the beams in time, experiments are carried out to study the evolution of the electron density of the tandem microplasma 31. After the beams are reduced in space, the dependence of the nonlinear transmission of the long-wave pulse on the delay between pulses with energies in the channels is less than the threshold 30 is taken. Reduction of the beams with an accuracy of 8.3 fs in time (accuracy is determined by the step of a linear stepper motor, which is used in the time delay control unit 5) is determined in two ways. The minimum of the transmission signal and the local minimum in the third harmonic signal between the two peaks are observed at the moment when the electron concentration is maximum, that is, when two pulses follow each other with an optimal time delay (the short-wave pulse arrives on Wednesday first) Fig. 7. For each experiment, the value of the optimal delay will vary depending on the duration of the pulses used and the material, namely, the relaxation time of the electrons in it. To select the optimal delay, that is, the pulse information over time, the dependences of the third harmonic signal 31 and non-linear transmission of the long-wave pulse 30 on the delay between pulses are taken.

После сведения излучений выставляют необходимую для требуемого размера модификации энергию импульсов и задержку между импульсами (для получения дефекта с минимальными размерами выставляют оптимальную задержку). Энергию в каждом канале возможно варьировать независимо с помощью полуволновой пластины и призмы Глана. Для минимальной модификации диэлектрика энергия в длинноволновом импульсе устанавливают равной 0,95 Епорог дв, а в коротковолновом импульсе 0,4 Епорог кв.After converging the radiation, the pulse energy necessary for the required size of the modification is set and the delay between pulses is set (to obtain a defect with minimum dimensions, the optimal delay is set). The energy in each channel can be varied independently using a half-wave plate and a Glan prism. For minimal modification of the dielectric, the energy in the long-wave impulse is set equal to 0.95 E threshold dv , and in the short-wave impulse 0.4 E threshold sq .

Далее образец устанавливают на нужную глубину путем передвижения его вдоль оси излучений, и затем при движении образца, так чтобы в одну точку попадало требуемое количество импульсов (для модификации минимального размера необходимо воздействовать на материал одной парой импульсов), создают модификации о объеме или на поверхности образца.Next, the sample is set to the desired depth by moving it along the axis of the radiation, and then when the sample moves, so that the required number of pulses gets to one point (to modify the minimum size it is necessary to influence the material with one pair of pulses), create modifications about the volume or on the surface of the sample .

При этом для изменения размера наведенной модификации необходимо менять энергию в коротковолновом излучении, менять поляризацию длинноволнового импульса, менять задержку между импульсами. Изменение длин волн импульсов и изменение длительности импульсов также позволяет контролировать размер наводимой модификации.In this case, to change the size of the induced modification, it is necessary to change the energy in the short-wave radiation, change the polarization of the long-wave pulse, and change the delay between pulses. Changing the wavelengths of the pulses and changing the duration of the pulses also allows you to control the size of the induced modification.

Блок контроля процесса создания дефектов начинается с линзы 24, коллимирующей прошедшее через образец излучения на трех длинах волн (коротковолновое, длинноволновое и третья гармоника). Контроль за процессом образования модификаций осуществляют посредством регистрации сигнала несинхронной третьей гармоники от длинноволнового импульса, генерирующейся на неоднородностях (образующейся плазмы или самого дефекта) в области перетяжки, и сигнала прошедшего длинноволнового излучения. Для исследования наведенных дефектов не требуется извлекать образец из установки, регистрируют только сигнал несинхронной третьей гармоники от длинноволнового импульса, генерирующейся на неоднородностях, которыми в данном случае являются граница дефекта. Для этого при фиксированном положении фокусирующей и коллимирующей линзы передвигают образец, осуществляя при этом сканирование вдоль одной из координат слабым длинноволновым импульсом (Е=0,2 Епорог дв) объема образца с наведенными микромодификациями. Профиль модификации получают из зависимости сигнала третьей гармоники от координаты 32.The control unit for the process of creating defects begins with lens 24, which collimates the radiation transmitted through the sample at three wavelengths (shortwave, longwave, and third harmonic). Control over the process of formation of modifications is carried out by recording the signal of the nonsynchronous third harmonic from the long-wave pulse generated by inhomogeneities (of the produced plasma or the defect itself) in the waist region, and the signal of the transmitted long-wave radiation. To study induced defects, it is not necessary to extract the sample from the setup; only the signal of the non-synchronous third harmonic from the long-wave pulse generated by the inhomogeneities, which in this case are the defect boundary, is recorded. For this, at a fixed position of the focusing and collimating lenses, the sample is moved, while scanning along one of the coordinates with a weak long-wave impulse (Е = 0.2 Е threshold dv ) of the sample volume with induced micromodifications. The modification profile is obtained from the dependence of the third harmonic signal on coordinate 32.

Экспериментальная схема для воздействия на объем диэлектрика парой остросфокусированных фемтосекундных лазерных импульсов показана на фиг. 2. В установке использовалось излучение хром-форстеритовой лазерной системы (длина волны 1240 нм, длительность импульса 200 фс, энергия в одном импульса до 1,5 мДж, частота повторения импульсов 10 Гц). На входе в схему основное излучение (1240 нм) делилось 30/70 делителем пучка 8 на два канала: канал длинноволновый импульс (1240 нм) и канал коротковолнового излучения с длиной волны 620 нм (вторая гармоника от основного излучения). Излучение во втором канале с помощью кристалла ВВО 12 (10×10×1 мм, I тип, θ=21°, ϕ=0°, эффективность преобразования 30%) преобразовывалось во вторую гармонику - поляризация коротковолнового излучения получалась перпендикулярна поляризации длинноволнового излучения. Основное излучение блокировалось с помощью фильтра СЗС-27, после чего коротковолновое излучение попадало на линейный шаговый двигатель 16, входящий в блок контроля временной задержки (1 шаг=6,67 фс), управляемый ПК. Энергия в каждом канале варьировалась независимо с помощью полуволновой пластины 9 и призмы Глана 10. В канал длинноволнового излучения устанавливалась четвертьволновая пластинка для поворота поляризации излучения до круговой. Длинноволновое и коротковолновое излучение фокусировались в образец с помощью острофокусирующей (f=8 мм; NA-0.5/f=3.3 мм; NA=0.4) асферической линзы 4 A240TM/CAY033, однако для того чтобы скомпенсировать разницу фокусных расстояний, возникающую из-за использования излучений разных длин волн, в канал длинноволнового излучения ставилась дополнительная линза 3 для компенсации разницы фокусных расстояний (f=50 см).An experimental design for exposing a dielectric to a pair of sharply focused femtosecond laser pulses is shown in FIG. 2. The installation used radiation from a chromium-forsterite laser system (wavelength 1240 nm, pulse duration 200 fs, energy per pulse up to 1.5 mJ, pulse repetition rate 10 Hz). At the entrance to the circuit, the main radiation (1240 nm) was divided into a 30/70 beam splitter 8 into two channels: a long-wave pulse channel (1240 nm) and a short-wave radiation channel with a wavelength of 620 nm (second harmonic from the main radiation). The radiation in the second channel using a BBO 12 crystal (10 × 10 × 1 mm, type I, θ = 21 °, ϕ = 0 °, conversion efficiency 30%) was converted to the second harmonic - the polarization of the short-wave radiation was obtained perpendicular to the polarization of the long-wave radiation. The main radiation was blocked using the SZS-27 filter, after which the short-wave radiation fell on a linear stepper motor 16, which was included in the time delay control unit (1 step = 6.67 fs), controlled by a PC. The energy in each channel was varied independently using a half-wave plate 9 and a Glan prism 10. A quarter-wave plate was installed in the long-wave radiation channel to rotate the radiation polarization to circular. The long-wavelength and short-wavelength radiation were focused into the sample using the sharp focusing (f = 8 mm; NA-0.5 / f = 3.3 mm; NA = 0.4) aspherical lens 4 A240TM / CAY033, however, in order to compensate for the difference in focal lengths arising from the use of radiation of different wavelengths, an additional lens 3 was put into the channel of long-wave radiation to compensate for the difference in focal lengths (f = 50 cm).

Входная энергия в каждом из каналов контролировалась с помощью фотодетекторов 11 PDA-100А в канале коротковолнового излучения и PDA-50В в канале длинноволнового излучения. После прохождение через коллимирующую линзу 21 блока контроля процесса создания дефектов 7 длинноволновое излучение вместе с сигналом третьей гармоники (сгенерировавшемся в объеме образца) проходили через дихроичное зеркало (зеркало существенным образом не меняет амплитуду этих излучений), где с помощью другого дихроичного зеркала (на 1240 нм) производилось разделение двух сигналов: длинноволновое фокусировалась в приемную апертуру 26 ФД PDA-100А, а третья гармоника собиралась на фотоэлектронный умножитель 27 (Hammamatsu Н5784-04). Дополнительно перед фотоэлектронным умножителем был установлен набор фильтров и поляризатор для отсечения сигнала коротковолнового излучения (поляризации коротковолнового излучения и третьей гармоники перпендикулярны). В ходе исследований регистрировались зависимости сигнала третьей гармоники и прошедшего через образец сигнала длинноволнового излучения от времени, а также зависимость сигнала третьей гармоники от входной энергии длинноволнового и коротковолнового излучений при их фиксированной энергии соответственно. Для исключения работы по модифицированному предыдущим импульсом объему образца, он был установлен на моторизованный трехосевой шаговый двигатель 16, передвигающийся с частотой повторения импульсов.The input energy in each channel was monitored using photodetectors 11 PDA-100A in the channel of short-wave radiation and PDA-50B in the channel of long-wave radiation. After passing through the collimating lens 21 of the control unit for the process of creating defects 7, the long-wave radiation together with the third-harmonic signal (generated in the sample volume) passed through a dichroic mirror (the mirror does not significantly change the amplitude of these emissions), where, using another dichroic mirror (at 1240 nm ) two signals were separated: the long-wavelength was focused into the receiving aperture 26 of the PD PDA-100A, and the third harmonic was collected by a photomultiplier 27 (Hammamatsu H5784-04). Additionally, a set of filters and a polarizer were installed in front of the photomultiplier to cut off the short-wave radiation signal (the polarizations of the short-wave radiation and the third harmonic are perpendicular). In the course of the studies, the dependences of the third harmonic signal and the long wavelength signal transmitted through the sample on time were recorded, as well as the dependence of the third harmonic signal on the input energy of the long wave and short wave radiation at their fixed energy, respectively. To exclude work on the sample volume modified by the previous pulse, it was mounted on a motorized three-axis stepper motor 16, moving with a pulse repetition rate.

В ходе экспериментов (28, 29) были получены следующие значения пороговых энергий для коротковолнового и длинноволнового излученийIn the course of experiments (28, 29), the following threshold energies were obtained for short-wave and long-wave radiation

Figure 00000001
Figure 00000001

Далее по зависимостям сигнала нелинейного пропускания длинноволнового импульса 30 и по сигналу третьей гармоники 31 от временной задержки между импульсами было получено значение оптимальной задержки, при которой наводится модификация минимального размера, равное 140 фс (F V Potemkin, Е I Mareev, and et al., 'Enhancing Nonlinear Energy Deposition into Transparent Solids with an Elliptically Polarized and Mid-IR Heating Laser Pulse under Two-Color Femtosecond Impact', Laser Physics Letters, 2017).Further, according to the dependences of the nonlinear transmission signal of the long-wavelength pulse 30 and the third harmonic signal 31 on the time delay between pulses, the optimal delay value was obtained at which a minimum size modification of 140 fs was induced (FV Potemkin, E I Mareev, and et al., ' Enhancing Nonlinear Energy Deposition into Transparent Solids with an Elliptically Polarized and Mid-IR Heating Laser Pulse under Two-Color Femtosecond Impact ', Laser Physics Letters, 2017).

Для получения дефектов в качестве фокусирующей линзы 4 использовалась асферическая линза CAY033 (NA=0,4; f=3,3 мм). В эксперименте энергия длинноволнового импульса с линейной поляризацией составляла 0,8 Епорог дв, а энергия коротковолнового импульса варьировалась от 0,3 Епорог кв до 1 Епорог кв. Фокус лазерного излучения устанавливался на 50 мкм под поверхность образца. Данная величина была выбрана для удобства дальнейшего исследования модификаций с помощью оптического микроскопа с увеличением 100Х.To obtain defects, the CAY033 aspherical lens (NA = 0.4; f = 3.3 mm) was used as the focusing lens 4. In the experiment, the energy of the long-wavelength pulse with linear polarization was 0.8 E threshold dv , and the energy of the short-wavelength pulse varied from 0.3 E threshold q to 1 E threshold q . The laser focus was set at 50 μm below the surface of the sample. This value was chosen for the convenience of further study of the modifications using an optical microscope with a magnification of 100X.

На фиг. 8б, в профили микромодификации получены посредством регистрации генерации несинхронной третьей гармоники. Как показывают эти данные и изображение, полученное с оптического микроскопа, см. фиг. 8а, дефект имеет форму эллипсоида, длинная полуось которого расположена вдоль оси пучка (схематическое изображение фиг. 8г). Метод контроля процесса создания дефектов, использующий эффект генерации третьей гармоники, позволяет определить наличие как центральной области микромодификации, так и внешнего кольца, созданного ударной волной, не извлекая образец из экспериментальной установки.In FIG. 8b, the micromodification profiles are obtained by registering the generation of an asynchronous third harmonic. As these data and the image obtained with an optical microscope show, see FIG. 8a, the defect has the shape of an ellipsoid, the long axis of which is located along the axis of the beam (schematic representation of FIG. 8d). The method for controlling the process of creating defects using the third-harmonic generation effect allows one to determine the presence of both the central micromodification region and the outer ring created by the shock wave without extracting the sample from the experimental setup.

Эксперимент показал, что увеличение энергии в коротковолновом импульсе от 0,3 Епорог кв до 1 Епорог кв, приводит к увеличению размера (диаметра внешней окружности уплотненной оболочки и разряженного ядра) наводимого дефекта от 3 мкм до 8 мкм фиг. 8д. Таким образом, была показана возможность управления размерами создаваемых дефектов. При этом использование заявляемого изобретения с параметрами пучка Гауссового профиля и соответствующей поляризацией с контролем за размером модификации в процессе ее формирования позволит формировать дефекты с уменьшенными размерами по сравнению с представленными в эксперименте, в котором размер наведенных дефектов получился в 1,3 раза меньше, чем созданный, в одноимпульсном режиме с длиной волны излучения 620 нм.The experiment showed that an increase in energy in a short-wave impulse from 0.3 E threshold sq to 1 E threshold sq leads to an increase in the size (diameter of the outer circumference of the densified shell and discharged core) of the induced defect from 3 μm to 8 μm of FIG. 8d Thus, the ability to control the size of the created defects was shown. Moreover, the use of the claimed invention with the parameters of the Gaussian beam profile and the corresponding polarization with control over the size of the modification during its formation will allow the formation of defects with reduced sizes in comparison with those presented in the experiment, in which the size of the induced defects was 1.3 times smaller than the created , in a single-pulse mode with a radiation wavelength of 620 nm.

Claims (26)

1. Способ формирования дефектов в объеме и/или на поверхности образца диэлектрика, включающий:1. A method of forming defects in the volume and / or on the surface of a dielectric sample, including: - генерацию лазерных излучений на двух длинах волн фемтосекундной длительности в коротковолновом диапазоне с линейной поляризацией и длинноволновом диапазоне с круговой поляризацией, соответственно, с последующей их фокусировкой в заданной точке в объеме и/или на поверхности образца,- generation of laser radiation at two wavelengths of femtosecond duration in the short wavelength range with linear polarization and the long wavelength range with circular polarization, respectively, with their subsequent focusing at a given point in the volume and / or on the surface of the sample, - определение пороговых энергий для каждого излучения,- determination of threshold energies for each radiation, - сведение двух сфокусированных импульсов в объеме образца в пространстве и во времени с определением временной задержки второго длинноволнового импульса относительно первого - коротковолнового,- the reduction of two focused pulses in the volume of the sample in space and time with the determination of the time delay of the second long-wave pulse relative to the first short-wave, - и последующее воздействие на образец лазерными импульсами с найденными параметрами, и контроль как процесса создания дефектов, так и параметров созданных дефектов,- and the subsequent exposure of the sample to laser pulses with the parameters found, and control of both the process of creating defects and the parameters of the created defects, при этом сведение двух сфокусированных импульсов в пространстве и во времени осуществляют в два этапа, на первом из которых осуществляют «грубое» сведение сфокусированных импульсов без образца посредством визуализации областей фотолюминесценции плазмы от обоих импульсов и совмещения полученных изображений, при этом временную задержку между импульсами определяют по минимальному значению нелинейного пропускания длинноволнового импульса от величины временной задержки между импульсами, на втором этапе осуществляют сведение сфокусированных импульсов в объеме и/или на поверхности образца посредством наведения модификации коротковолновым импульсом с энергией, больше Епорог кв и последующей юстировкой фокуса длинноволнового импульса с энергией меньшей Епорог дв до регистрации максимального сигнала третьей гармоники от длинноволнового импульса, после чего максимальное значение третьей гармоники определяют в режиме движения образца с получением пересечения перетяжек двух сфокусированных импульсов, при этом повторно определяют временную задержку между импульсами в образце аналогично первому этапу;at the same time, two focused pulses are reduced in space and time in two stages, the first of which carries out “rough” reduction of focused pulses without a sample by visualizing the plasma photoluminescence regions from both pulses and combining the obtained images, while the time delay between pulses is determined by the minimum value of nonlinear transmission of a long-wave pulse from the value of the time delay between pulses; in the second stage, the focusing of pulses in the volume and / or on the surface of the sample by inducing modification by a short-wavelength pulse with an energy greater than the E threshold kv and then adjusting the focus of the long-wavelength pulse with an energy lower than E threshold dv until the maximum signal of the third harmonic from the long-wave pulse is registered, after which the maximum value of the third harmonic determined in the mode of movement of the sample to obtain the intersection of the constriction of two focused pulses, while re-determine the time delay between the pulse and a sample similar to the first step; а контроль процесса создания дефектов осуществляют посредством регистрации сигнала несинхронной третьей гармоники от длинноволнового импульса, генерирующегося на неоднородностях, образованных наведенной плазмой в области перетяжки, с одновременной регистрацией прошедшего длинноволнового излучения, а контроль параметров созданных дефектов осуществляют посредством регистрации сигнала несинхронной третьей гармоники от длинноволнового импульса, генерирующегося на образованных дефектах.and the control of the process of creating defects is carried out by recording the signal of the nonsynchronous third harmonic from the long-wave pulse generated by the inhomogeneities formed by the induced plasma in the waist region, while registering the transmitted long-wave radiation, and the parameters of the created defects are controlled by recording the signal of the non-synchronous third harmonic from the long-wave pulse, generated by formed defects. 2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что для создания более одного дефекта образец перемещают синхронно с частотой следования импульсов на заданное расстояние.2. The method according to p. 1, characterized in that to create more than one defect, the sample is moved synchronously with the pulse repetition rate by a predetermined distance. 3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что используют длинноволновое излучение в диапазоне 1,2-5,0 мкм, коротковолновое 0,2-0,7 мкм.3. The method according to p. 1, characterized in that using long-wave radiation in the range of 1.2-5.0 microns, short-wave 0.2-0.7 microns. 4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что используют длинноволновое излучение в диапазоне энергий 0,9-0,95 Епорог дв, коротковолновое 0,3-0,9 Епорог кв.4. The method according to p. 1, characterized in that using long-wave radiation in the energy range of 0.9-0.95 E threshold dv , short-wavelength 0.3-0.9 E threshold square . 5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что пороговые энергии излучений определяют посредством регистрации нелинейного пропускания соответствующего излучения или регистрации сигнала третьей гармоники от длинноволнового излучения, генерирующегося на лазерно-индуцированной плазме, созданной коротковолновым излучением.5. The method according to p. 1, characterized in that the threshold radiation energies are determined by recording non-linear transmission of the corresponding radiation or registering a third harmonic signal from the long-wave radiation generated by the laser-induced plasma generated by the short-wave radiation. 6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что визуализацию областей фотолюминесценции плазмы от двух сфокусированных импульсов осуществляют с помощью ПЗС камер с использованием микрообъективов в двух проекциях.6. The method according to p. 1, characterized in that the visualization of the areas of plasma photoluminescence from two focused pulses is carried out using CCD cameras using micro lenses in two projections. 7. Система для создания дефектов в объеме и/или на поверхности образца диэлектрика, включающая:7. A system for creating defects in the volume and / or on the surface of a dielectric sample, including: - источник лазерного излучения, выполненный с возможностью формирования лазерного излучения на двух длинах волн фемтосекундной длительности в коротковолновом диапазоне с линейной поляризацией и длинноволновом диапазоне с круговой поляризацией, соответственно,- a laser radiation source configured to generate laser radiation at two femtosecond wavelengths in the short wavelength range with linear polarization and the long wavelength range with circular polarization, respectively, - два канала излучения, коротковолнового и длинноволнового, соединенные с источником лазерного излучения, с размещенными в них блоками изменения и контроля энергии излучения, при этом в длинноволновом канале расположена линза для компенсации разницы фокусных расстояний для разных длин волн,- two radiation channels, a short-wavelength and a long-wavelength, connected to a laser radiation source, with blocks for changing and controlling the radiation energy located in them, while in the long-wave channel there is a lens to compensate for the difference in focal lengths for different wavelengths, - блок контроля временной задержки второго длинноволнового импульса относительно первого - коротковолнового посредством изменения оптической длины пути излучения, размещенный в одном из каналов,- a control unit for the time delay of the second long-wave pulse relative to the first short-wave pulse by changing the optical path length of the radiation, located in one of the channels, - блок фокусировки коротковолнового и длинноволнового излучений,- block focusing short-wave and long-wave radiation, - блок визуализации областей фотолюминесценции плазмы от двух сфокусированных импульсов, включающий две ПЗС камеры с микрообъективами, направленные на образец, расположенные во взаимно перпендикулярных направлениях, выполненные с возможностью перемещения по трем осям (x y z),- a unit for visualizing regions of plasma photoluminescence from two focused pulses, including two CCD cameras with micro lenses, aimed at the sample located in mutually perpendicular directions, made with the possibility of movement along three axes (x y z), - средства перемещения образца в трех направлениях,- means of moving the sample in three directions, - блок контроля процесса создания дефектов и параметров созданных дефектов в или на поверхности образца,- a control unit for the process of creating defects and parameters of the created defects in or on the surface of the sample, при этом блок изменения и контроля энергий излучений, блок контроля временной задержки, блок визуализации, средство перемещения образца, блок контроля процесса создания дефектов и параметров созданных дефектов подключены к ПК.at the same time, the unit for changing and controlling the radiation energies, the time delay control unit, the visualization unit, the sample moving means, the control unit for the process of creating defects and parameters of the created defects are connected to the PC. 8. Устройство по п. 7, характеризующееся тем, что блок изменения и контроля энергии излучения включает четвертьволновую пластинку, призму Глана и полупроводниковый датчик интенсивности излучения требуемой длины волны, при этом пластина и призма предназначены для изменения энергии излучения.8. The device according to p. 7, characterized in that the unit for changing and controlling the radiation energy includes a quarter-wave plate, a Glan prism and a semiconductor radiation intensity sensor of the desired wavelength, while the plate and prism are designed to change the radiation energy. 9. Устройство по п. 7, характеризующееся тем, что блок контроля временной задержки включает два диэлектрических зеркала, выполненных с возможностью осевого перемещения.9. The device according to claim 7, characterized in that the time delay control unit includes two dielectric mirrors made with the possibility of axial movement. 10. Устройство по п. 7, характеризующееся тем, что блок фокусировки включает фокусирующую линзу с параметром NA в диапазоне 0,3-0,5, выполненную с возможностью перемещения по трем осям.10. The device according to p. 7, characterized in that the focusing unit includes a focusing lens with a parameter of NA in the range of 0.3-0.5, configured to move along three axes. 11. Устройство по п. 7, характеризующееся тем, что линза для компенсации разницы фокусных расстояний имеет фокусное расстояние от 30-70 см, в зависимости от длин волн излучений.11. The device according to claim 7, characterized in that the lens for compensating for the difference in focal lengths has a focal length of 30-70 cm, depending on the wavelengths of the radiation. 12. Устройство по п. 7, характеризующееся тем, что блок контроля процесса создания дефектов и параметров созданных дефектов включает коллимирующую линзу, выполненную с возможностью сбора выходящего из образца излучения, и три датчика интенсивности для трех разных длин волн - длинноволнового излучения, коротковолнового излучения, третьей гармоники длинноволнового излучения.12. The device according to claim 7, characterized in that the control unit for the process of creating defects and parameters of the created defects includes a collimating lens configured to collect radiation coming out of the sample, and three intensity sensors for three different wavelengths - long-wave radiation, short-wave radiation, third harmonic of long-wave radiation.
RU2017130865A 2017-08-31 2017-08-31 Method for forming defects in volume of dielectric sample with laser radiation RU2671150C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130865A RU2671150C1 (en) 2017-08-31 2017-08-31 Method for forming defects in volume of dielectric sample with laser radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130865A RU2671150C1 (en) 2017-08-31 2017-08-31 Method for forming defects in volume of dielectric sample with laser radiation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2671150C1 true RU2671150C1 (en) 2018-10-29

Family

ID=64103097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017130865A RU2671150C1 (en) 2017-08-31 2017-08-31 Method for forming defects in volume of dielectric sample with laser radiation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2671150C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696804C1 (en) * 2018-12-20 2019-08-06 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) Method of surface marking with controlled periodic structures
RU2778978C1 (en) * 2021-09-21 2022-08-29 Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственная Компания "Инновационное Медицинское Оборудование" Method for point-by-point inscription of fibre bragg gratings by femtosecond laser radiation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2357870C1 (en) * 2005-08-22 2009-06-10 Интернейшнел Джемстоун Реджистри Инк. Method and system for laser marking precious stones, such as diamonds
US20110139760A1 (en) * 2004-03-31 2011-06-16 Imra America, Inc. Femtosecond laser processing system with process parameters controls and feedback
US20160318122A1 (en) * 2014-01-17 2016-11-03 Imra America, Inc. Laser-based modification of transparent materials

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110139760A1 (en) * 2004-03-31 2011-06-16 Imra America, Inc. Femtosecond laser processing system with process parameters controls and feedback
RU2357870C1 (en) * 2005-08-22 2009-06-10 Интернейшнел Джемстоун Реджистри Инк. Method and system for laser marking precious stones, such as diamonds
US20160318122A1 (en) * 2014-01-17 2016-11-03 Imra America, Inc. Laser-based modification of transparent materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Xiaoming Yu и др. "Damage Formation on Fused Silica Illuminated with Ultraviolet-Infrared Femtosecond Pulse Pairs", Proceedings of SPIE, т. 9511, 2015 г., стр. 95110C-1 - 95110C-11. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696804C1 (en) * 2018-12-20 2019-08-06 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) Method of surface marking with controlled periodic structures
RU2808972C1 (en) * 2020-04-22 2023-12-05 Аесс Шанхай Кемешл Эйркрафт Энджин Мэньюфэкчуринг Ко., Лтд. Method of non-destructive testing for crack-type defects, standard part for testing and method of its production
RU2808971C1 (en) * 2020-04-22 2023-12-05 Аесс Шанхай Кемешл Эйркрафт Энджин Мэньюфэкчуринг Ко., Лтд. Method of non-destructive testing for lof-type defects, standard part for testing and method of its production
RU2778978C1 (en) * 2021-09-21 2022-08-29 Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственная Компания "Инновационное Медицинское Оборудование" Method for point-by-point inscription of fibre bragg gratings by femtosecond laser radiation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018082136A1 (en) Scanning type laser-induced spectral plane range analysis and detection system
US20040102764A1 (en) Laser ablation
CN106645033B (en) The ultrafast diagnostic device of optical element laser damage integration
CN111060516B (en) Multi-channel in-situ detection device and method for subsurface defects of optical element
CN110440918B (en) Space high-resolution optical fiber fluorescence spectrum imaging and positioning method and system
CN107421910B (en) Terahertz strong field system of ultrashort pulse pump based on wave surface inclination method
CN107069156B (en) Low-cost terahertz frequency selection surface machining system and method
CN114839145A (en) Laser damage analysis test instrument
CN105675498A (en) Fluorescence-Raman synchronous block detector
RU2671150C1 (en) Method for forming defects in volume of dielectric sample with laser radiation
CN112033538B (en) Ultrafast image device based on spectrum-time mapping
Ito et al. Picosecond time‐resolved absorption spectrometer using a streak camera
CN108054623A (en) A kind of system and method that &#34; flying focus &#34; is used to generate THz wave
JP3884594B2 (en) Fluorescence lifetime measuring device
Tarasova et al. Study of the filamentation phenomenon of femtosecond laser radiation
CN111239084A (en) Laser-induced breakdown spectroscopy detection system with light beam stability analysis
Voropay et al. Laser atomic emission spectrometer with achromatic optical system
CN110966928B (en) Laser processing morphological performance time-resolved differential confocal spectrum measuring method and device
US20180180969A1 (en) Generation of high energy mid-infrared continuum laser pulses
CN114062346A (en) In-situ high-pressure laser heating system
CN110966929A (en) Laser processing morphological performance time-resolved confocal spectrum measurement method and device
RU168496U1 (en) Tunable wavelength laser device for studying the radiation resistance of integrated circuits based on Si, GaAs, SiGe to individual charged particles
Peters et al. Hard X-ray–optical transient grating
CN220399276U (en) Single-shot terahertz time-domain spectrometer
CN114361925B (en) Laser pulse characteristic measuring device and method based on fluorescence modulation sampling