Закономерности образования упорядоченных микро- и наноструктур в конденсированных средах при лазерном возбуждении мод поверхностных поляритонов

• Автор: Макин, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Сосновый Бор
• Количество страниц: 384 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ПЭВ зондирование
Обзор экспериментальных работ по формированию периодических поверхностных структур под действием лазерного излучения
Основные результаты и структура диссертации
ГЛАВА 1. СУЩЕСТВОВАНИЕ И СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ ПОЛЯРИТОНОВ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА СРЕД. ТЕОРИЯ
1.1. Поверхностные поляритоны на границе раздела однородных полубесконечных сред
1.2. Поверхностные поляритоны на границе раздела поверхностно-активной среды с пространственно неоднородной диэлектрической проницаемостью
1.3. Дисперсия цилиндрических поверхностных плазмон поляритонов в слоистых структурах
1.4. Цилиндрические поверхностные плазмон поляритоны в среде с пространственно неоднородной экспоненциально изменяющейся диэлектрической проницаемостью
Выводы
ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
2.1. Элементы теории образования периодических поверхностных структур
2.2. Экспериментальная установка и методы для исследования образования и измерения параметров периодических поверхностных структур
2.2.1. Экспериментальная установка
2.2.2. Методы экспериментального изучения поверхностного рельефа
2.3. Основные решетки, образующиеся при воздействии линейно поляризованного

излучения
2.3.1. р- и Б-поляризованное излучение
2.3.2. Поверхностные периодические структуры при произвольной ориентации линейно поляризованного излучения
2.3.3. О проявлении дисперсионных свойств поверхностных плазмон поляритонов
2.3.4. Двойные поверхностные периодические структуры
2.4. Поверхностные периодические структуры, обусловленные интерференцией полей поверхностных плазмон поляритонов
2.4.1. Р-поляризованное излучение
2.4.2. я-поляризованное излучение
2.4.3. Круговая поляризация
2.5. Лазерно-индуцированный рельеф гексагональной симметрии на поверхности (111) германия
2.6. Интерференция с участием пространственных гармоник поверхностных плазмон поляритонов и формирование поверхностных периодических структур
2.7. Особенности начальных стадий формирования периодического рельефа
2.8. Структуры на кремнии с кратными периодами под действием миллисекундного излучения
2.8.1. Экспериментальная установка
2.8.2. Действие неполяризованного лазерного излучения
2.8.3. Приблизительно нормальное падение линейно поляризованного излучения, 0" < в < 9“
2.8.4. Поляризованный по кругу свет
2.8.5. р— и я - поляризованное излучение, 9" < в < 30"
2.8.6. 30" < в < 70", р~поляризованное излучение
2.8.7. Начальные стадии формирования микрорельефа

2.8.8. Действие пространственно промодулированного излучения
Выводы
Глава 3. ОБРАЗОВАНИЕ МИКРО- И НАНОСТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТЯХ МЕТАЛЛОВ
3.1. Особенности формирования регулярного рельефа на поверхностях окисляющихся металлов
3.2. Формирование мелкомасштабных периодических структур на поверхности окисляющихся металлов под действием излучения СО: лазеров
3.2.1. Воздействие импульсов излучения СОг лазера
3.2.2. Мелкомасштабные структуры при воздействии непрерывного сканируемого излучения СО2 лазера
3.3. Управляемое перемещение границ зерен при рекристаллизации и микрорельеф поверхности титана, индуцированные импульсами лазерного излучения ^Т
3.4. Формирование структур на поверхности титана
3.4.1. Хаотическое наноструктурирование поверхности
3.4.2. Формирование резонансных микроструктур на поверхности титана
3.4.3. Регулярное наноструктурирование поверхности титана и формирование наноконусов
3.5. Мелкомасштабные микроструктуры на металлических зеркалах под действием серии наносекундных импульсов излучения СОг лазера
Выводы
Глава 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО С02 ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ПРОЗРАЧНЫМИ СРЕДАМИ И ФОРМИРОВАНИЕ УПОРЯДОЧЕННЫХ СТРУКТУР
4.1. Образование динамического волновода и мелкомасштабного рельефа при воздействии непрерывного лазерного излучения на поверхности полупроводника 1бГ~
4.2. Мелкомасштабный периодический рельеф, формируемый на поверхности полупроводника излучением импульсного СО2 лазера

В четвертом разделе проанализированы опубликованные экспериментальные результаты по формированию наноструктур рельефа поверхности конденсированной среды (диэлектрик, полупроводник) излучением нетрадиционной поляризации -радиальной, азимутальной, при тонкой фокусировке излучения. Предложенная интерпретация наноструктур основана на интерференции падающего излучения с возбуждаемыми им поверхностными плазмон поляритонами в направлениях, предсказываемых рассматриваемой теоретической моделью.
В пятом разделе рассмотрены дисперсионные свойства поверхностных плазмон поляритонов и определяемые ими периоды микроструктур, образующихся на металлах при высоких плотностях энергии излучения, порядка 10 Дж/см2 в структуре вакуум -пространственно заряженный слой эмитированных электронов, образующихся под действием излучения фемтосекундной длительности - металл. Показано, что с ростом плотности энергии излучения образование все более плотного слоя пространственного заряда приводит к росту периода образующихся структур, выходящему на насыщение, в соответствии с экспериментальными данными.
В шестом разделе проанализированы экспериментальные результаты по образованию периодических наноструктур показателя преломления в пределах микроканала, сформированного в объеме полупроводникового 4Н-81С, серией импульсов фемтосекундной длительности в пределах этого цилиндрического микроканала (филамента). Предложена интерпретация экспериментального результата, основанная на образовании под действием мощного излучения цилиндрического микроканала с металлической проводимостью, возбуждением в нем цилиндрических ППП и интерференции волн с взаимно противоположными направлениями распространения с образованием разрушения в виде наноструктур показателя преломления с направлением вектора решетки вдоль оси микроканала.
В седьмом разделе для объяснения известных экспериментальных результатов по генерации мощным (Ю20 Вт/см2) пучком р—поляризованного УКИ излучения латерального релятивистского пучка электронов на металлической мишени предложена микроскопическая физическая модель, основанная на формировании приповерхностного слоя пространственного заряда эмитированных электронов, возбуждении на границе раздела электронный газ - вакуум мощных поверхностных плазмон поляритонов и увлечении ими электронов слоя пространственного заряда.
В восьмом разделе проанализированы экспериментальные данные по формированию наноструктур рельефа с аномальной ориентацией и периодом, существенно меньшим длины волны ЛИ, на поверхностях конденсированных сред с