Лазерная обработка на 20% увеличила оптическую прозрачность кристаллов селенида галлия

Ученые из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН разработали оригинальный метод лазерной обработки поверхности слоистых нелинейных кристаллов селенида галлия. Такая обработка существенно увеличит прозрачность кристаллов в инфракрасной области спектра, что позволит использовать их в приборах для неинвазивной медицинской диагностики. Кроме того, нанося таким способом нанорельеф на поверхность кристаллов, можно проводить их многоуровневую антиконтрафактную маркировку. Результаты исследования опубликованы в The Journal of Physical Chemistry Letters.Нелинейные оптические кристаллы широко используются для преобразования частоты лазерного излучения. Например, пропуская через такой кристалл две частицы света — фотоны, можно их «объединять», генерируя в результате новый фотон с частотой, которая в два раза больше исходной. С помощью подобных преобразований можно получить лазерное излучение с частотами (или длинами волн), которые невозможно сгенерировать существующими лазерными источниками. Благодаря этому источники излучения на основе оптических кристаллов будут полезны в приборах для неинвазивной медицинской диагностики различных заболеваний и экологического мониторинга окружающей среды.Одним из наиболее перспективных нелинейных оптических кристаллов ученые считают селенид галлия, поскольку он с высокой эффективностью преобразует длины волн проходящего через него света. Однако этот кристалл имеет высокий показатель преломления. То есть довольно большое количество световых лучей (до 35%) не проходит через него, а просто отражается от граней без всякого преобразования. Поэтому ученые стремятся повысить способность кристаллов селенида галлия пропускать свет.«Одна из стандартных методик увеличения пропускания света кристаллами заключается в том, что на их грани наносят многослойные антиотражающие покрытия. Но для селенида галлия такой подход не работает из-за его слоистой структуры», — пояснил соавтор исследования Александр Кучмижак, ведущий научный сотрудник Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.Исследователи из ИАПУ ДВО РАН разработали метод обработки граней кристалла селенида галлия фемтосекундными лазерными импульсами. Технология лазерной обработки достаточно проста в исполнении, а потому уже широко применяется в оптике и позволяет с высокой точностью обрабатывать поверхности самых разных материалов.Авторы облучали поверхность кристаллов короткими лазерными импульсами. Благодаря такой обработке смогли получить специфический периодический нанорельеф. Его специалисты называют лазерно-индуцированными периодическими поверхностными структурами.Эксперименты показали, что пропускающая способность селенида галлия с нанесенным нанорельефом на 20% превышает этот параметр для исходного кристалла. Кроме того, ученые определили, что полученные поверхностные структуры обладают высокой механической и лучевой стойкостью. Благодаря этому кристаллы с ними можно использовать для генерации и преобразования достаточно интенсивного лазерного излучения.Ученые также обнаружили, что периодом поверхностных структур, то есть «узором» нанорельефа, можно управлять, изменяя параметры обработки, а именно частоту лазерных импульсов. Благодаря этому метод позволит с высокой точностью формировать на поверхности кристаллов уникальные защитные антиконтрафактные цветовые метки.«Наши исследования впервые показали, что с помощью лазерной обработки можно сформировать нанорельеф на поверхности кристаллов селенида галлия и с его помощью увеличить прозрачность кристалла на 20%. Важно, что разработанный нами подход может использоваться для увеличения прозрачности и других типов нелинейных кристаллов», — рассказал Станислав Гурбатов, старший научный сотрудник ИАПУ ДВО РАН.Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».