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 21-79-20075
НазваниеМетоды формирования и мультиплексирования векторных лазерных пучков для сверхбыстрого фемтосекундного лазерного нанотекстурирования поверхностей
Руководитель Хонина Светлана Николаевна, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" , г Москва
Конкурс №51 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-711 - Методы наноструктурирования (нанолитография и сопутствующие процессы)
Ключевые слова Структурированные лазерные пучки, векторные лазерные пучки, мультиплексирование, дифракционные оптические элементы, поляризация, интенсивность, лазерно-индуцированные периодические поверхностные структуры, импульсное излучение, лазерная фабрикация, управляемамя смачиваемость, антиотражающие покрытия, микрофлюидные каналы
Код ГРНТИ29.31.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Взаимодействие сверхкоротких лазерных импульсов с поверхностью твердых тел инициирует в них сложную цепочку различных физико-химических процессов, приводящих к изменению морфологических, структурных и химических свойств обрабатываемой поверхности. Помимо сверхточного абляционного удаления материала по заданному шаблону, особый практический интерес также представляет получение в процессе лазерной записи упорядоченного на субмикронной шкале поверхностного микро- и нанорельефа (лазерно-индуцированные периодические поверхностные структуры, (ЛИППС)), возникающего за счет сверхбыстрых оптических интерференционных эффектов и/или самоорганизации на наномасштабе. Простота и универсальность такой технологии изготовления, предполагающей быстрое сканирование образца лазерным пучком и обеспечивающей возможность формирования ЛИППС на поверхности различных по природе и составу материалов, уже несколько десятков лет стимулирует как существенный научный интерес к изучению соответствующих лазерно-индуцированных эффектов, так и обуславливает практическую значимость такого подхода, позволяющего создавать уникальные многофункциональные материалы для оптических, биологических и медицинских приложений.
Морфологией ЛИППС, главным образом определяющей функциональные свойства и спектр потенциальных применений, можно управлять (подавлять или усиливать) за счет тщательного контроля распределения интенсивности и поляризации в лазерном пучке. Таким образом, разработка простых и эффективных методов генерации пучков с возможностью управления его комплексной структурой является ключом к дальнейшему развитию данной технологии лазерной обработки, способной как расширить ее функционал, так и углубить понимание физики явлений, лежащих в основе формирования ЛИППС. Вместе с тем, перспективной, однако еще не реализованной является возможность «умного» мультиплексирования (размножение/разделения) лазерных пучков на несколько десятков/сотен и даже тысяч отдельных пучков с сохранением возможности управления комплексной структурой каждого отдельного пучка, которая потенциально позволяет достичь высоких скоростей лазерной обработки, необходимых для большинства практических приложений.
Данный проект направлен на разработку комплексных подходов к генерации векторных лазерных пучков, обеспечивающих контроль профиля распределения интенсивности и поляризации при их распространении и фокусировке, а также возможность последующего мультиплексирования таких пучков с сохранением особенностей их пространственной и поляризационной структуры. Получение векторных пучков с управляемой комплексной структурой позволит впервые реализовать на практике сверхбыстрое параллельное лазерное текстурирование поверхности различных практически значимых материалов. Возможность манипуляции комплексных распределений поляризации в лазерном пучке обеспечит обратную связь, способную контролировать наноморфологию получаемой поверхности, например усиливать или подавлять формирование ЛИППС в заданной точке в процессе лазерной записи. В качестве демонстрации эффективности и уникальности такого подхода будет продемонстрировано изготовление антиотражающих и селективно отражающих покрытий, поверхностей с управляемой и направленной смачиваемостью, микрофлюидных каналов, а также сенсорных элементов для проведения бесконтактной неинвазивной биоидентификации методами спектроскопии комбинационного рассеяния. Выработанные в ходе реализации проекта научно-технические решения в области дизайна комплексных световых полей с управляемой поляризационной структурой, в том числе, доступными методами дифракционной оптики, будут интересны широкому кругу специалистов как в области разработки сложных оптических систем, так в области фундаментальных и прикладных исследований, направленных на детальное изучение взаимодействия лазерного излучения с веществом.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Хонина С. Н., Порфирьев А. П., Волотовский С. Г., Устинов А. В., Фомченков С. А., Павельев В. С., Шретер С., Дюпарре М.
Generation of multiple vector optical bottle beams
Photonics, Vol. 8, № 6, P. 218 (год публикации - 2021)
10.3390/photonics8060218
2.
Хонина С.Н., Дегтярев С.А., Устинов А.В., Порфирьев А.П.
Metalenses for the generation of vector Lissajous beams with a complex Poynting vector density
Optics Express, Vol. 29, № 12, P. 18634-18645 (год публикации - 2021)
10.1364/OE.428453
3.
Хонина С.Н., Порфирьев А.П.
Harnessing of inhomogeneously polarized Hermite–Gaussian vector beams to manage the 3D spin angular momentum density distribution
Nanophotonics, V. 10, № 18 (год публикации - 2021)
10.1515/nanoph-2021-0418
4.
Хонина С.Н., Голуб И.
Breaking the symmetry to structure light
Optics Letters, Vol. 46, № 11, P. 2605-2608 (год публикации - 2021)
10.1364/OL.423660
5.
Бородаенко Ю., Сюбаев С., Гурбатов С., Жижченко А., Порфирьев А., Хонина С., Мицай Э., Герасименко А. В., Шевлягин А., Модин А., Йодказис С., Гуревич Е. Л., Кучмижак А. А.
Deep subwavelength laser-induced periodic surface structures on silicon as a novel multifunctional biosensing platform
ACS Applied Materials & Interfaces, Vol. 13, №. 45, P. 54551–54560 (год публикации - 2021)
10.1021/acsami.1c16249
6.
Хонина С.Н., Голуб И.
Vectorial spin Hall effect of light upon tight focusing
Optics Letters, Vol. 47, No. 9, P. 2166-2169 (год публикации - 2022)
10.1364/OL.457507
7.
Хонина С.Н., Порфирьев А.П., Устинов А.В., Кириленко М.С., Казанский Н.Л.
Tailoring of Inverse Energy Flow Profiles with Vector Lissajous Beams
Photonics, Vol. 9, No. 2, P. 121 (год публикации - 2022)
10.3390/photonics9020121
8.
Хонина С.Н., Устинов А.В., Порфирьев А.П.
Generation of Light Fields with Controlled Non-Uniform Elliptical Polarization When Focusing on Structured Laser Beams
Photonics, Vol. 10, No. 10, P. 1112 (год публикации - 2023)
10.3390/photonics10101112
9.
Гурбатов С. О., Бородаенко Ю. М., Мицай Е.В., Модин Е., Жижченко А.Ю., Черепахин А. Б., Шевлягин А. В., Сюбаев С. А., Порфирьев А. П., Хонина С. Н., Елисеев А. П., Лобанов С. И., Исаенко Л. И., Гуревич Е. Л., Кучмижак А. А.
Laser-Induced Periodic Surface Structures on Layered GaSe Crystals: Structural Coloring and Infrared Antireflection
The Journal of Physical Chemistry Letters, Vol. 14, No. 41, P. 9357–9364 (год публикации - 2023)
10.1021/acs.jpclett.3c02547
10.
Хорин П.А., Хонина С.Н.
Influence of 3D helical microstructure shape deviations on the properties of a vortex beam generated in the near diffraction zone
Journal of Optical Technology, Vol. 90, No. 5, P. 236-241 (год публикации - 2023)
10.1364/JOT.90.000236
11. Устинов А.В., Порфирьев А.П., Хонина С.Н. Control of characteristics of non-uniform elliptical polarization when focusing of hybrid cylindrical vector laser beams Abstracts of the 30th International Conference on Advanced Laser Technologies 2023, LS-P-11 (год публикации - 2023)
12. Хонина С.Н., Ивлиев Н.А., Сюбаев С.А., Порфирьев А.П. Structured laser beams for polarization-sensitive laser material processing Abstracts of the 30th International Conference on Advanced Laser Technologies 2023, P. LM-O-4 (год публикации - 2023)
13. Бородаенко Ю., Пузиков В., Хонина С., Порфирьев А., Кучмижак А Optical nanosensing enabled by advanced laser technologies Abstracts of the 30th International Conference on Advanced Laser Technologies 2023, P. LM-O-6 (год публикации - 2023)
14. Бут М.А., Казанский Н.Л., Хонина С.Н. Metasurfaces and several well-studied applications Photonics Elements for Sensing and Optical Conversions, CRC Press, Boca Raton (Florida, United States), Chapter 5, P. 130-157 (год публикации - 2023)
15. Бут М.А., Казанский Н.Л., Хонина С.Н. Nanoplasmonic sensors. Recent advances Photonics Elements for Sensing and Optical Conversions, CRC Press, Boca Raton (Florida, United States), Chapter 3, P. 69-99 (год публикации - 2023)
16.
Хонина С.Н., Казанский Н.Л., Бутт М.А., Карпеев С.В.
Optical multiplexing techniques and their marriage for on-chip and optical fiber communication: a review
Opto-Electronic Advances, Vol. 5, No.8m P. 210128 (год публикации - 2022)
10.29026/oea.2022.210127
Публикации
1.
Хонина С. Н., Порфирьев А. П., Волотовский С. Г., Устинов А. В., Фомченков С. А., Павельев В. С., Шретер С., Дюпарре М.
Generation of multiple vector optical bottle beams
Photonics, Vol. 8, № 6, P. 218 (год публикации - 2021)
10.3390/photonics8060218
2.
Хонина С.Н., Дегтярев С.А., Устинов А.В., Порфирьев А.П.
Metalenses for the generation of vector Lissajous beams with a complex Poynting vector density
Optics Express, Vol. 29, № 12, P. 18634-18645 (год публикации - 2021)
10.1364/OE.428453
3.
Хонина С.Н., Порфирьев А.П.
Harnessing of inhomogeneously polarized Hermite–Gaussian vector beams to manage the 3D spin angular momentum density distribution
Nanophotonics, V. 10, № 18 (год публикации - 2021)
10.1515/nanoph-2021-0418
4.
Хонина С.Н., Голуб И.
Breaking the symmetry to structure light
Optics Letters, Vol. 46, № 11, P. 2605-2608 (год публикации - 2021)
10.1364/OL.423660
5.
Бородаенко Ю., Сюбаев С., Гурбатов С., Жижченко А., Порфирьев А., Хонина С., Мицай Э., Герасименко А. В., Шевлягин А., Модин А., Йодказис С., Гуревич Е. Л., Кучмижак А. А.
Deep subwavelength laser-induced periodic surface structures on silicon as a novel multifunctional biosensing platform
ACS Applied Materials & Interfaces, Vol. 13, №. 45, P. 54551–54560 (год публикации - 2021)
10.1021/acsami.1c16249
6.
Хонина С.Н., Голуб И.
Vectorial spin Hall effect of light upon tight focusing
Optics Letters, Vol. 47, No. 9, P. 2166-2169 (год публикации - 2022)
10.1364/OL.457507
7.
Хонина С.Н., Порфирьев А.П., Устинов А.В., Кириленко М.С., Казанский Н.Л.
Tailoring of Inverse Energy Flow Profiles with Vector Lissajous Beams
Photonics, Vol. 9, No. 2, P. 121 (год публикации - 2022)
10.3390/photonics9020121
8.
Хонина С.Н., Устинов А.В., Порфирьев А.П.
Generation of Light Fields with Controlled Non-Uniform Elliptical Polarization When Focusing on Structured Laser Beams
Photonics, Vol. 10, No. 10, P. 1112 (год публикации - 2023)
10.3390/photonics10101112
9.
Гурбатов С. О., Бородаенко Ю. М., Мицай Е.В., Модин Е., Жижченко А.Ю., Черепахин А. Б., Шевлягин А. В., Сюбаев С. А., Порфирьев А. П., Хонина С. Н., Елисеев А. П., Лобанов С. И., Исаенко Л. И., Гуревич Е. Л., Кучмижак А. А.
Laser-Induced Periodic Surface Structures on Layered GaSe Crystals: Structural Coloring and Infrared Antireflection
The Journal of Physical Chemistry Letters, Vol. 14, No. 41, P. 9357–9364 (год публикации - 2023)
10.1021/acs.jpclett.3c02547
10.
Хорин П.А., Хонина С.Н.
Influence of 3D helical microstructure shape deviations on the properties of a vortex beam generated in the near diffraction zone
Journal of Optical Technology, Vol. 90, No. 5, P. 236-241 (год публикации - 2023)
10.1364/JOT.90.000236
11. Устинов А.В., Порфирьев А.П., Хонина С.Н. Control of characteristics of non-uniform elliptical polarization when focusing of hybrid cylindrical vector laser beams Abstracts of the 30th International Conference on Advanced Laser Technologies 2023, LS-P-11 (год публикации - 2023)
12. Хонина С.Н., Ивлиев Н.А., Сюбаев С.А., Порфирьев А.П. Structured laser beams for polarization-sensitive laser material processing Abstracts of the 30th International Conference on Advanced Laser Technologies 2023, P. LM-O-4 (год публикации - 2023)
13. Бородаенко Ю., Пузиков В., Хонина С., Порфирьев А., Кучмижак А Optical nanosensing enabled by advanced laser technologies Abstracts of the 30th International Conference on Advanced Laser Technologies 2023, P. LM-O-6 (год публикации - 2023)
14. Бут М.А., Казанский Н.Л., Хонина С.Н. Metasurfaces and several well-studied applications Photonics Elements for Sensing and Optical Conversions, CRC Press, Boca Raton (Florida, United States), Chapter 5, P. 130-157 (год публикации - 2023)
15. Бут М.А., Казанский Н.Л., Хонина С.Н. Nanoplasmonic sensors. Recent advances Photonics Elements for Sensing and Optical Conversions, CRC Press, Boca Raton (Florida, United States), Chapter 3, P. 69-99 (год публикации - 2023)
16.
Хонина С.Н., Казанский Н.Л., Бутт М.А., Карпеев С.В.
Optical multiplexing techniques and their marriage for on-chip and optical fiber communication: a review
Opto-Electronic Advances, Vol. 5, No.8m P. 210128 (год публикации - 2022)
10.29026/oea.2022.210127
Публикации
1.
Хонина С. Н., Порфирьев А. П., Волотовский С. Г., Устинов А. В., Фомченков С. А., Павельев В. С., Шретер С., Дюпарре М.
Generation of multiple vector optical bottle beams
Photonics, Vol. 8, № 6, P. 218 (год публикации - 2021)
10.3390/photonics8060218
2.
Хонина С.Н., Дегтярев С.А., Устинов А.В., Порфирьев А.П.
Metalenses for the generation of vector Lissajous beams with a complex Poynting vector density
Optics Express, Vol. 29, № 12, P. 18634-18645 (год публикации - 2021)
10.1364/OE.428453
3.
Хонина С.Н., Порфирьев А.П.
Harnessing of inhomogeneously polarized Hermite–Gaussian vector beams to manage the 3D spin angular momentum density distribution
Nanophotonics, V. 10, № 18 (год публикации - 2021)
10.1515/nanoph-2021-0418
4.
Хонина С.Н., Голуб И.
Breaking the symmetry to structure light
Optics Letters, Vol. 46, № 11, P. 2605-2608 (год публикации - 2021)
10.1364/OL.423660
5.
Бородаенко Ю., Сюбаев С., Гурбатов С., Жижченко А., Порфирьев А., Хонина С., Мицай Э., Герасименко А. В., Шевлягин А., Модин А., Йодказис С., Гуревич Е. Л., Кучмижак А. А.
Deep subwavelength laser-induced periodic surface structures on silicon as a novel multifunctional biosensing platform
ACS Applied Materials & Interfaces, Vol. 13, №. 45, P. 54551–54560 (год публикации - 2021)
10.1021/acsami.1c16249
6.
Хонина С.Н., Голуб И.
Vectorial spin Hall effect of light upon tight focusing
Optics Letters, Vol. 47, No. 9, P. 2166-2169 (год публикации - 2022)
10.1364/OL.457507
7.
Хонина С.Н., Порфирьев А.П., Устинов А.В., Кириленко М.С., Казанский Н.Л.
Tailoring of Inverse Energy Flow Profiles with Vector Lissajous Beams
Photonics, Vol. 9, No. 2, P. 121 (год публикации - 2022)
10.3390/photonics9020121
8.
Хонина С.Н., Устинов А.В., Порфирьев А.П.
Generation of Light Fields with Controlled Non-Uniform Elliptical Polarization When Focusing on Structured Laser Beams
Photonics, Vol. 10, No. 10, P. 1112 (год публикации - 2023)
10.3390/photonics10101112
9.
Гурбатов С. О., Бородаенко Ю. М., Мицай Е.В., Модин Е., Жижченко А.Ю., Черепахин А. Б., Шевлягин А. В., Сюбаев С. А., Порфирьев А. П., Хонина С. Н., Елисеев А. П., Лобанов С. И., Исаенко Л. И., Гуревич Е. Л., Кучмижак А. А.
Laser-Induced Periodic Surface Structures on Layered GaSe Crystals: Structural Coloring and Infrared Antireflection
The Journal of Physical Chemistry Letters, Vol. 14, No. 41, P. 9357–9364 (год публикации - 2023)
10.1021/acs.jpclett.3c02547
10.
Хорин П.А., Хонина С.Н.
Influence of 3D helical microstructure shape deviations on the properties of a vortex beam generated in the near diffraction zone
Journal of Optical Technology, Vol. 90, No. 5, P. 236-241 (год публикации - 2023)
10.1364/JOT.90.000236
11. Устинов А.В., Порфирьев А.П., Хонина С.Н. Control of characteristics of non-uniform elliptical polarization when focusing of hybrid cylindrical vector laser beams Abstracts of the 30th International Conference on Advanced Laser Technologies 2023, LS-P-11 (год публикации - 2023)
12. Хонина С.Н., Ивлиев Н.А., Сюбаев С.А., Порфирьев А.П. Structured laser beams for polarization-sensitive laser material processing Abstracts of the 30th International Conference on Advanced Laser Technologies 2023, P. LM-O-4 (год публикации - 2023)
13. Бородаенко Ю., Пузиков В., Хонина С., Порфирьев А., Кучмижак А Optical nanosensing enabled by advanced laser technologies Abstracts of the 30th International Conference on Advanced Laser Technologies 2023, P. LM-O-6 (год публикации - 2023)
14. Бут М.А., Казанский Н.Л., Хонина С.Н. Metasurfaces and several well-studied applications Photonics Elements for Sensing and Optical Conversions, CRC Press, Boca Raton (Florida, United States), Chapter 5, P. 130-157 (год публикации - 2023)
15. Бут М.А., Казанский Н.Л., Хонина С.Н. Nanoplasmonic sensors. Recent advances Photonics Elements for Sensing and Optical Conversions, CRC Press, Boca Raton (Florida, United States), Chapter 3, P. 69-99 (год публикации - 2023)
16.
Хонина С.Н., Казанский Н.Л., Бутт М.А., Карпеев С.В.
Optical multiplexing techniques and their marriage for on-chip and optical fiber communication: a review
Opto-Electronic Advances, Vol. 5, No.8m P. 210128 (год публикации - 2022)
10.29026/oea.2022.210127