Разработка методов управляемого формирования термохимических лазерно-индуцированных поверхностных периодических структур для современных устройств фотоники

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-79-10241

НазваниеРазработка методов управляемого формирования термохимических лазерно-индуцированных поверхностных периодических структур для современных устройств фотоники

Руководитель Синев Дмитрий Андреевич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова взаимодействие лазерного излучения с веществом, лазерные технологии, лазерное окисление, тонкие плёнки, дифракционные оптические элементы, лазерная термохимическая запись, лазерно-индуцированные поверхностные периодические структуры, ЛИППС, лазерное управление оптическими свойствами поверхности

Код ГРНТИ29.33.47

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Лазерные технологии прямого (одноэтапного) управления поверхностной микроструктурой оптических элементов на сегодняшний день представляются одними из наиболее перспективных и гибких методов для создания новых классов элементов и устройств фотоники. Последние достижения в области лазерной техники и технологии значительно расширили возможности управления процессами лазерной поверхностной модификации материалов благодаря возможности выбора разнообразных длин волн, длительностей импульсов, энергетических режимов и физических механизмов воздействия излучения. При этом одним из перспективных направлений является функциональное микроструктурирование поверхности материалов посредством лазерно-индуцированной самоорганизации регулярных рельефов с периодом порядка длины волны записывающего излучения, получаемых в доабляционных режимах - так называемых термохимических лазерно-индуцированных поверхностных периодических структур (ЛИППС, в зарубежной литературе laser-induced periodic surface structures, LIPSSs). Однако, прямая связь параметров формирования ЛИППС с физическими, а тем более химическими эффектами зачастую сложна и не поддается простому моделированию. Во всех полученных на текущий момент экспериментальных результатах сохраняется устойчивая проблематика стохастичности и локальности, свойственная процессам образования абляционных ЛИППС. Поскольку упорядоченное формирование регулярных ЛИППС (дальний порядок) обычно ограничено в пространстве размерами лазерного пучка, а управление параметрами структур осложнено чувствительностью их регулярности к параметрам лазерного воздействия, использование низкотемпературных режимов образования ЛИППС представляет интерес с точки зрения снижения термоиндуцированных напряжений и повышения упорядоченности структур. Актуальность решения научной проблемы обусловлена тем, что структуры с микронным и субмикронным периодом обладают высокой дифракционную эффективность в видимом диапазоне, а значит создание функциональных покрытий на основе ЛИППС открывает новые возможности к эффективному созданию широкого класса элементов фотоники. Научная новизна состоит в обосновании и выборе комплекса параметров лазерного воздействия (энергии, длительности и частоты следования импульсов, скорости и направления сканирования пучка, поляризации излучения и др.), обеспечивающих точную экспериментальную настройку условий процесса формирования воспроизводимых упорядоченных термохимических ЛИППС. За счет этого в рамках настоящего проекта будет продемонстрировано создание различных схем как одномерных, так и двумерных решеток (типа фотонных кристаллов), защитных знаков, элементов дифракционной оптики, тензометрических датчиков и других элементов различной функциональности.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Авилова Е.А., Хайруллина Е.М., Шишов А.Ю., Елтышева Е.А., Михайловский В., Синев Д.А., Тумкин И.И. Direct Laser Writing of Copper Micropatterns from Deep Eutectic Solvents Using Pulsed near-IR Radiation Nanomaterials, Т. 12. – №. 7. – С. 1127. (год публикации - 2022)
10.3390/nano12071127

2. Афанасьев Н.А., Москвин М.К., Прокофьев Е.В., Одинцова Г.В. Влияние эллиптичности поляризации лазерного излучения на упорядоченность лазерно-индуцированных поверхностных периодических структур XI международная конференция по фотонике и информационной оптике: Сборник научных трудов. М.: НИЯУ МИФИ, C. 100-101 (год публикации - 2022)

3. Суворов А.Р., Синев Д.А. Управлямое формирование регулярных решеток на основе термохимических лазерно-индуцированных периодических поверхностных структур на тонких плёнках титана VIII Международная конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии» ЛаПлаз, С. 79 (год публикации - 2022)

4. Авилова Е.А., Елтышева Е.А., Синев Д.А., Вейко В.П., Шишов А.Ю., Хайруллина Е.М., Тумкин И.И. Управляемое формирование металлических микроструктур методом лазерно-индуцированного осаждения в среде глубоких эвтектических растворителей VIII Международная конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии» ЛаПлаз, С. 51 (год публикации - 2022)

5. Андреева Я., Суворов А., Григорьев Е., Хмеленин Д.., Жуков М., Макин В., Синев Д. Laser Fabrication of Highly Ordered Nanocomposite Subwavelength Gratings Nanomaterials, Vol. 12, No. 16, pp. 2811 (год публикации - 2022)
10.3390/nano12162811

6. Шахно Е.А., Куанг Зунг Нгуен, Синев Д.А., Вейко В.П. Shakhno, E. A., Nguyen, Q. D., Sinev, D. A., & Veiko, V. P. (2023). Lateral proximity effect in direct laser thermochemical recording on thin titanium films. Optical and Quantum Electronics, 55(6), 502. Optical and Quantum Electronics, Optical and Quantum Electronics. – 2023. – Т. 55. – №. 6. – С. 502. (год публикации - 2023)
10.1007/s11082-023-04801-0

7. Москвин М.К., Щедрина Н.Н., Долгополов А.Д., Прокофьев Е.В., Романов В.В., Синев Д.А., Вейко В.П., Одинцова Г.В. Лазерное формирование периодических структур как метод одноэтапного синтеза защитных голограмм Оптический журнал, Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 4. С. 18–34. (год публикации - 2023)
10.17586/1023-5086-2023-90-04-18-34

8. Авилова Е.А., Домакова В.А., Рамос Веласкес А., Синев Д.А. Новый лазерный метод создания структурного цвета на стеклах Оптический журнал, № 3,Т. 91, 2024, С. 52–61 (год публикации - 2024)
10.17586/1023-5086-2024-91-03-52-61

9. Ибрахим К., Андреева Я., Суворов А., Хмеленин Д., Григорьев Е., Щербаков А., Синев Д. Laser fabrication of 1D and 2D periodic subwavelength gratings on titanium films Optics and Laser Technology, Vol. 174, 2024, pp. 110642 (год публикации - 2024)
10.1016/j.optlastec.2024.110642

10. Прокофьев Е.В., Афанасьев Н.А., Москвин М.К. Формирование динамических визуальных эффектов за счёт лазерного структурирования поверхности металлов XI международная конференция по фотонике и информационной оптике: Сборник научных трудов. М.: НИЯУ МИФИ, C. 108 (год публикации - 2022)

11. Шахно Е.А., Куанг Зунг Нгуен, Синёв Д.А., Вейко В.П. Уменьшение размера минимального элемента при лазерной термохимической записи за счёт эффекта близости Оптический журнал, Т. 89. № 6. С. 3–14. (год публикации - 2022)
10.17586/1023-5086-2022-89-06-03-14

Публикации