Российские ученые из РХТУ и ИОФ РАН исследовали, что происходит при воздействии лазерного излучения на один из самых популярных оптических кристаллов – иттрий-алюминиевый гранат, и показали, что ключевую роль в прямой лазерной записи играют пластические деформации. С помощью прямой лазерной записи можно получать оптические микросхемы в объеме стекол и кристаллов, чтобы, например, создать на маленьком кусочке материала сотни микролазеров.

Работа опубликована в журнале Scientific Reports. Исследование поддержано Российским научным фондом.

“Человечество с незапамятных времен использует преимущества пластической деформации, например, при ковке металла. Однако в нашем исследовании мы, возможно, впервые описываем пластическую деформацию, инициируемую не на поверхности кристалла, как обычно происходит при механическом давлении на образец, а внутри него», – прокомментировал сотрудник РХТУ и ИОФ РАН, один из авторов работы Андрей Охримчук.

Если на стекла или кристаллы направить сфокусированное и интенсивное лазерное излучение, то прямо внутри них можно нарисовать разные оптические структуры. Такой метод называют прямой лазерной записью. Часто в нем используют фемтосекундные лазеры, которые генерируют импульсы сверхмалой длительности в 10^-13 секунды.

Их интенсивность столь высокая, что если перемещать материал вдоль жестко сфокусированного фемтосекундного лазерного луча, то в определенной области внутри него будет изменяться химическая структура и, как следствие, показатель преломления. Так можно сделать оптический волновод – это аналог проводов на электрических микросхемах, только по волноводу распространяются не электроны, а оптические сигналы.

Для хорошего волновода нужно, чтобы показатель преломления однородно изменялся по всей его длине – так излучение будет двигаться по нему, как по трубе, и никуда не “вытекать”. Но чтобы точно управлять прямой лазерной записью, нужно хорошо понимать, какие физико-химические процессы за ней стоят – что именно происходит с материалом, когда его облучают фемтосекундными лазерными импульсами.

Однако, если причины изменения показателя преломления при записи в стеклах ученым уже понятны, то аналогичные явления в кристаллах изучены гораздо хуже, хотя они и больше подходят для создания оптических волноводов.

Ученые из Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева и Института общей физики имени А. М. Прохорова Российской академии наук изучили процессы прямой лазерной записи в иттрий-алюминиевом гранате – популярном синтетическом кристалле для создания оптических микроструктур.