Модификация алмаза под действием импульсного лазерного излучения

• Автор: Кононенко, Виталий Викторович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Глава 1. Импульсная лазерная абляция поверхности алмаза
1.1 Введение
1.2 Экспериментальная методика
1.3 Основные закономерности лазерной абляции алмазной поверхности.
1.4 Свойства лазерно-индуцированного графитоподобного слоя
1.5 Фотохимическое травление поверхности монокристалла алмаза.
1.6 Выводы
Глава 2. Лазерно-индуцированные фазовые переходы в кристалле алмаза
имплантированного легкими ионами.
2.1 Введение.
2.2 Свойства ионно-имплантированного слоя в алмазе
2.3 Методика эксперимента
2.4 Восстановление исходной кристаллической структуры и
графитизация в дефектном слое алмаза.
2.5 Выводы
Глава 3. Разработка методов изготовления элементов силовой алмазной
дифракционной оптики для мощных СОг лазеров.
3.1 Введение.
3.2 Принципы построения дифракционных оптических элементов.
3.3 Высокоточное лазерное микроструктурирование алмазной
поверхности.
3.4 Исследование реализованных дифракционных линз и фокусаторов.
3.4.1 цилиндрическая линза
3.4.2 сферическая линза

3.4.3 фокусаторы гауссова пучка
3.5 Измерение лучевой стойкости алмазного ДОЭ
3.6 Создание антиотражающих субволновых структур на поверхности алмаза.
3.7 Выводы Заключение
Литература

Актуальность работы.
Интерес к изучению алмаза объясняется как уникальной комбинацией его механических, теплофизических, оптических и электрических свойств, так и непрерывным развитием новых методов получения синтетического алмаза, первые эксперименты по газофазному осаждению которого были проведены в 70-х годах прошлого столетия [1-3]. Более того, можно говорить, что в течении последнего десятилетия 20-го века наблюдался «алмазный» бум, когда казалось, что синтетический атмаз заменит многие и многие материалы, традиционно применяемые в электронике, оптике и многих других научно-технических областях. Несмотря на то, что за последние пять лет ажиотаж в этой области немного спал, алмаз уверенно продолжает захватывать все новые ниши своего практического использования. Совсем недавно реализованы режимы газофазного получения алмаза, обеспечивающие скорости роста пленок высокого оптического качества вплоть до 100 мкм/час [4]. На сегодняшний день усилия научного сообщества направлены главным образом на поиск и исследование контролируемых методов перестройки структуры алмаза, и как следствие модификации его свойств. Так, например, оказались успешными попытки получить алмаз с проводимостью «-типа путем диффузии дейтерия в поверхностный слой алмаза легированного бором и последующего термического отжига [5]. Учитывая, что методика получения алмаза с проводимостью />типа путем легирования бором давно и хорошо изучена, последние достижения открывают путь к созданию алмазной электроники.
Еще одним путем к решению задачи модификации структуры и поверхностных свойств алмаза является использование мощного лазерного излучения для графитизации алмаза, который, как известно, является метастабильной формой углерода. Особенность такого подхода заключается, по

Проведены исследования влияния облучения монокристаллического алмаза типа Па наносекундными УФ лазерными импульсами на оптические свойства материала. Обнаружено, что при увеличении плотности энергии излучения (вплоть до величины порога абляции) коэффициент пропускания падает (рис. 1.23). После окончания лазерного воздействия пропускание восстанавливалось до исходной величины, т.е. необратимые изменения в алмазе не происходили. Максимальное зафиксированное падение составило около 12% при плотности энергии в пятне около 18 Дж/см2 (порог абляции около 20 Дж/см2). Наиболее вероятной причиной наблюдаемых временных изменений оптических свойств является, по-видимому, возбуждение электронной плазмы в алмазе. Основным механизмом этого поглощения, по-видимому, не может являться двухфотонное поглощения УФ излучения. В наших экспериментальных условиях интенсивность излучения около 109 Вт/см2 и как показывают численные оценки, вероятность процесса двухфотонного поглощения в этих условиях такова, что за время импульса возникает около Ю’5 электронов проводимости в 1 см3. Такая концентрация свободных носителей слишком мала, чтобы объяснить наблюдаемую величину лазерно-индуцированного поглощения в алмазе. Более вероятен другой процесс, суть которого состоит в том, что благодаря частично двухфотонному поглощению, частично поглощению на дефектах, концентрация свободных электронов в зоне проводимости заметно увеличивается задолго до конца импульса. Эти свободные электроны обеспечивают рост поглощения в середине и конце импульса. Т.е. зависимость пропускания образца от плотности энергии облучения проявляется не из-за многофотоиного поглощения, а из-за возбуждения электронной системы кристалла, и как следствие, изменение коэффициента поглощения материала во времени.