Исследование процессов лазерно-индуцированных изменений фазово-структурного состава стеклокерамических материалов

• Автор: Агеев, Эдуард Игоревич
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Введение.
Глава 1. Лазерноиндуцированная модификация свойств стеклокерамических материалов обзор литературы .

1.1 Стеклокерамические материалы. Фотоситаллы фотоструктурируемые керамики. .

1.2 Физические основы лазерной обработки стеклокерамических материалов. .

1.3 Применение лазерноиндуцированныхизменений.фазовоструктурного состава стеклокерамических материаловдля создания функциональных устройств .
1.4 Выводы.
Глава 2. Экспериментальное исследование ИКтлазерной кристаллизации фоточувствительных стеклокерамических материалов.

2.1 Методика и условия.формирования кристаллизованных областей

2.1.1 Схема экспериментальной.установки.

2.1.2 Параметры режимов обработки .

2.2 Изменение свойств стеклокерамики после лазерного облучения.

2.2.1 Изменение морфологии поверхности материала .
2.2.2 Механические свойства
2.2.3 Оптическая прозрачность 1.
2.2.4 Химическая стойкость.
2.3 Сравнение ФС1 и Фотурана кристаллизованных излучением Слазера
2.4 Идентификация полученных кристаллических фаз
2.5 Обсуждение
2.6 Выводы.
Глава 3. Изменение фазовоструктурного состава стеклокерамических материалов под действием лазерных импульсов ультракороткой длительности
3.1 Методиками условия формирования кристаллизованных областей
3.1.1 Пикосекундные лазерные импульсы
3.1.2 Фемтосекундные лазерные импульсы.
3.2 Механизмы последовательной фазовоструктурной перестройки
3.3 Результаты и возможности управления параметрами получаемых структур.
3.4 Выводы
Глава 4. Лазерноиндуцированная обратная аморфизация стеклокерамических материалов.
4.1 Методика и условия формированиямодифицированных областей
4.2 Характеристики вторично аморфизованных областей и изменение свойств модифицированных материалов
4.3 Механизм вторичной аморфизации.
4.4 Выводы.
Глава5. Применение метода лазерноиндуцированных изменений фазовоструктурного состава стеклокерамических материалов для изготовления микрофотонных и микрооптических устройств
5.1 Лазерноиндуцированные фазовые переходы как инструмент для создания различных микроустройств.
5.2 Оптическое хранение информации
5.2.1 Оптическая память на основе фазовых переходов
5.2.1.1 Оптическая память на основе фазовых переходов в халькогепидных стеклах
5.2.1.2 Оптическая память на основе фазовых переходов в наиочастицах металлов.
5.2.1.3 Оптическая память на основе фазовых переходов в фотоситаллах
5.3 Выводы
Заключение
Список использованной литературы


Другое преимущество фоточувствительных стеклокерамик по сравнению с кварцевым стеклом возможность дополнительной термообработки для улучшения шероховатости поверхности создаваемых микроструктур . Возможность непосредственного получения микроструктур в Фотуране при использовании лазерного облучения, вместе с его устойчивостью к высоким температурам и коррозии, а также высокая оптическая прозрачность, сделали Фотуран особенно привлекательным, в качестве материала для создания биоаналитических микросистем ,. Еще одним путем модификации фоточувствительных материалов, основанной на управляемом фазовом переходе в веществе, является использование излучение Слазера на длине волны ,6 мкм. Исследования, , , проведенные на титансодержащей стеклокерамике ситалле СТ1 показали, что локальное сфокусированное в пятно диаметром около 0 мкм воздействие излучения Слазсра с плотностью мощности Втм2 приводит к его аморфизации. Последующее облучение с меньшими плотностями мощности 5 Втм2 а, следовательно, и с меньшими скоростями нагревания и охлаждения позволяет вызвать его обратную кристаллизацию. Эти эксперименты показали возможность использования ИК излучения Слазера Х,6мкм для локального управления структурой и свойствами других силикатных стекол и стеклокерамик. В данной работе впервые была продемонстрирована кристаллизация и обратная аморфизация фоточувствитсльной стеклокерамики ФС1, индуцированная излучением Слазера, и было предложено объяснение механизмов данных явлений. Также в работе была исследована способность лазерных импульсов ультракороткой длительности пико и фемтосекундных вызывать кристаллизацию внутри объма фоточувствительного материала благодаря процессам многофотонного поглощения, и впервые показана возможность лазерноиндуцированной кристаллизации под действием пикосекундных импульсов на длине волны 2 нм. Цель диссертационной работы изучение процесса воздействия лазерного излучения на стеклокерамические материалы и исследование изменений их свойств, сопутствующих лазерноиндуцированным структурнофазовым преобразованиям. Продемонстрирована возможность управления такими свойствами фоточувствительиых материалов как оптическое пропускание, твердость, устойчивость к химическому травлению, за счет фазовоструктурных превращений, индуцированных лазерным воздействием. Показана возможность объмной ЗБ кристаллизации при воздействии УКИ на фоточувствительную стеклокерамику. Предложено использование многократных обратимых фазовых переходов в фоточувствительной стеклокерамике в качестве основы для оптической памяти нового типа. Обоснована и экспериментально продемонстрирована возможность быстрой локальной кристаллизации К фоточувствитсльного литиевоалюмосиликатного стекла фотоситалла ФС1 ПК излучением С лазера с длиной волны ,6 мкм без использования двухстадийной термообработки. Впервые показана возможность вторичной аморфизации фоточувствительной стеклокерамики ИК излучением Слазера с восстановлением всех первоначальных свойств. Впервые получена кристаллизация, индуцированная лазерными импульсами пикосекундной длительности, и дано сс объяснение1 на основе двухфотонного поглощения, происходящего через примесные энергетические уровни. Впервые экспериментально продемонстрирована возможность записи структур фемтосекунднымиимпульсами на различной управляемой глубине. ФС1. Лазерно индуцированные локальные изменения структуры материала вызывают изменение всех его основных физикохимических свойств в облученной области. При нагреве кристаллических структур, полученных в фоточувствительной стеклокерамике ФС1, излучением Слазера со скоростями VИагр 1с и Кс можно осуществить лазерную обратную локальную аморфизацию образцов. Лазеры УКИ способны вызвать локальную кристаллизацию СК благодаря процессам нелинейного поглощения в объме прозрачного материала, тем самым позволяя проводить локальное объемное структурирование. Все результаты, представленные в работе, получены самим автором или при его непосредственном участии. VI международной конференции молодых ученых и специалистов ОПТИКА, СПб, октября г. VII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых, СПб, апреля г.