Лазерная аморфизация кристаллической фазы в объеме термостабильного литиевоалюмосиликатного ситалла

Наумов А. С.; Лотарев С. В.; Липатьев А. С.; Шахгильдян Г. Ю.; Федотов С. С.; Лопатина Е. В.; Каратеев И. А.; Сигаев В. Н.

doi:10.31857/S0002337X23040085

Лазерная аморфизация кристаллической фазы в объеме термостабильного литиевоалюмосиликатного ситалла

Authors: Наумов А.¹, Лотарев С.¹, Липатьев А.¹, Шахгильдян Г.¹, Федотов С.¹, Лопатина Е.¹, Каратеев И.², Сигаев В.¹
Affiliations:
1. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
2. НИЦ “Курчатовский институт”
Issue: Vol 59, No 4 (2023)
Pages: 419-424
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/140152
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23040085
EDN: https://elibrary.ru/VUCCNI
ID: 140152

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Представлены результаты фемтосекундной лазерной микрообработки в атермическом и тепловом режимах прозрачного ситалла на основе системы Li₂O–Al₂O₃–SiO₂ со значением температурного коэффициента линейного расширения, близким к нулю. Результаты электронной микроскопии и дифракции электронов подтверждают полную аморфизацию наноразмерных кристаллов β-эвкриптитоподобных твердых растворов под действием лазерных импульсов. Методом количественной фазовой микроскопии проведена оценка изменения показателя преломления в отдельных записанных лазерным пучком треках. При частоте следования 10 кГц в атермическом режиме полная аморфизация ситалла приводит к снижению показателя преломления (Δn = −0.0035) в области лазерной обработки, что открывает возможности использования прямой лазерной записи канальных волноводов в термостабильной ситалловой матрице.

Keywords

литиевоалюмосиликатный ситалл, температурный коэффициент линейного расширения, фемтосекундный лазер, лазерная аморфизация

References

Low Thermal Expansion Glass Ceramics / Eds. Bach H., Krause D. Berlin, Heidelberg: Springer, 2005. P. 121–235. https://doi.org/10.1007/3-540-28245-9_3
Hartmann P., Jedamzik R., Carré A., Krieg J., Westerhoff T. Glass ceramic ZERODUR®: Even Closer to Zero Thermal Expansion: a Review. Part 1 // JATIS. 2021. V. 7. № 2. P. 020901. https://doi.org/10.1117/1.JATIS.7.2.020901
Mitra I. ZERODUR: a Glass-Ceramic Material Enabling Optical Technologies // Opt. Mater. Express. 2022. V. 12. № 9. P. 3563–3576. https://doi.org/10.1364/OME.460265
Venkateswaran C., Sreemoolanadhan H., Vaish R. Lithium Aluminosilicate (LAS) Glass-Ceramics: a Review of Recent Progress // Int. Mater. Rev. 2022. V. 67. № 6. P. 620–657. https://doi.org/10.1080/09506608.2021.1994108
Passaro V.M., Cuccovillo A., Vaiani L., De Carlo M., Campanella C.E. Gyroscope Technology and Applications: A Review in the Industrial Perspective // Sensors. 2017. V. 17 № 1. P. 2284. https://doi.org/10.3390/s17102284
Tan D., Zhang B., Qiu J. Ultrafast Laser Direct Writing in Glass: Thermal Accumulation Engineering and Applications // Laser Photonics Rev. 2021. V. 15. № 9. P. 2000455. https://doi.org/10.1002/lpor.202000455
Bhardwaj V.R., Simova E., Corkum P.B., Rayner D.M. Femtosecond Laser-Induced Refractive Index Modification in Multicomponent Glasses // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. № 8. P. 083102. https://doi.org/10.1063/1.1876578
Lipatiev A., Fedotov S., Lotarev S., Naumov A., Lipateva T., Savinkov V., Shakhgildyan G., Sigaev V. Direct Laser Writing of Depressed-Cladding Waveguides in Extremely Low Expansion Lithium Aluminosilicate Glass-Ceramics // Opt. Laser Technol. 2021. V. 138. P. 106846. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106846
Guan J. Femtosecond-Laser-Written Integrated Photonics in Bulk Glass-Ceramics Zerodur // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 7. P. 10189–10192. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.12.099
Наумов А.С., Лотарев С.В., Липатьев А.С., Федотов С.С., Савинков В.И., Сигаев В.Н. Способ лазерной записи интегральных волноводов: Пат. РФ № 2781465 С1. 2022.
Lotarev S.V., Lipatiev A.S., Lipateva T.O., Fedotov S.S., Naumov A.S., Moiseev I.A., Sigaev V.N. Ultrafast-Laser Vitrification of Laser-Written Crystalline Tracks in Oxide Glasses // J. Non-Cryst. Solids. 2019. V. 516. P. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.04.027
Сигаев В.Н., Савинков В.И., Шахгильдян Г.Ю., Наумов А.С., Лотарев С.В., Клименко Н.Н., Голубев Н.В., Пресняков М.Ю. О возможности прецизионного управления температурным коэффициентом линейного расширения прозрачных литиево-алюмосиликатных ситаллов вблизи нулевых значений // Стекло и керамика. 2019. № 12. С. 11–16.
Сигаев В.Н., Липатьев А.С., Федотов С.C., Лотарев С.В., Шахгильдян Г.Ю., Наумов А.С., Савинков В.И. Фемтосекундное лазерное модифицирование прозрачного литиево-алюмосиликатного ситалла и исходного стекла, содержащего сурьму // Стекло и керамика. 2019. № 10. С. 9–13.
Choudhury D., Macdonald J.R., Kar A.K. Ultrafast Laser Inscription: Perspectives on Future Integrated Applications // Laser Photonics Rev. 2014. V. 8. № 6. P. 827–846. https://doi.org/10.1002/lpor.201300195
Alekseeva I., Dymshits O., Ermakov V., Zhilin A., Petrov V., Tsenter M. Raman Spectroscopy Quantifying the Composition of Stuffed β-Quartz Derivative Phases in Lithium Aluminosilicate Glass-Ceramics // J. Non-Cryst. Solids. 2008. V. 354. № 45–46. P. 4932–4939. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2008.07.016
Eaton S.M., Zhang H., Herman P.R., Yoshino F., Shah L., Bovatsek J., Arai A.Y. Heat Accumulation Effects in Femtosecond Laser-Written Waveguides with Variable Repetition Rate // Opt. Express. 2018. V. 13. P. 4708–4716. https://doi.org/10.1364/OPEX.13.004708