автореферат диссертации по электронике, 05.27.03, диссертация на тему:Лазерная технология формирования микрооптических элементов методом денсификации пористых стекол

РГб ин

Гос.удэрс'Твешп;1й комигет Российской Федерации гш высшему ооразованию

САНКТ -1ЕТ ЕРБУРГСКИИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

На правах рукописи

Фомичев Павел Лчексеевич

ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРООПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДОМ ДЕНОИФИКАЦИИ ПОРИСТЫХ СТЕКОЛ

Специальность: U5.a7.03 Квантовая Электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Санкт-Петероургским ордена Трудоього Красного Знамени Институте- Точной Механики и Оптики.

Научный руководитель: доктор чехчических наук,

профессор.' Ь.П. Ьейко

Официальные оппоненты: доктор) технических наук,

профессор Л.Б. Глебов,

кандидат технически.» наук В.Ф. Пцщцн

Ведущая оргнниаация: Акционерное общество "Стекпор"

Заащга состоится 19 октября г. н 15 часов на с-аседании специализированного совета № К СйЗ.йб.а-; Санкт--Пете}0.ур-.ского .ордена Трудового Красного Знамени Института Точной Механики и Оптики по адресу:

197101, г. Сашсг-Пётерйург, ул. Саблинская, д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " " сентября 1-393 г.

Ученый секретарь специализированного совета

I* К 053.26.02

СБШЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЛЕОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ГЕНЫ. Развитие новых областей техники, таких как" интегральная и волоконная отш.ч, системы оптической записи, восиригзводепня, передачи и обработки изображения и ряда других оз частой вызвало тенденции миниатюризации оптически узлов и появления новых компонентов. Широко начинают .использоваться миниатюрные оптические элементы (ОЭ), такие как микрообъективы для введения излучения н волокна, рэзветвители оптического излучения, пчзнэрные и канальные волноводы, миниатюрные растровые системы и другие элементы. Гак как технические параметры таких ОЭ часто находятся на пределе возможностей традиционных технологий во всех промыменно развитых странах активна разрабатываются нетрадиционные технологии изготовления ОЭ в том числе лазерные.

Нэ сегодняшний день известны лазерные технологии формирования градиентз показателя преломления в активных, градиентных и обычных стоклпх методом неравномерного, лазерного разогрева и лазерной закалкой, формирование ОЭ при лагерю-стану лиравэшюй амортизации стеклокристаллнческих этериэлов, эйляции кварцевых стекол и другие. Одной из новьК перспективных технологий является получение ОЭ методом лазерной денсифпкацш! стеклообразных пористых сред, к которым относятся пористы^ стекла (НО) и голь-гели.

О научной точки зрения представляет интерес исследование особенностей лэзерно-стшудировэшой модификации оптических свс:;ств ПС ра::..:;чных типов, обусловленной налившем больших температурных градиентов, изменением фазового состояния вещества и появлением сложных объемных неоднородностей показателя преломления в материале в процессе обработки.

Практический интерес представляет- применение ПО с м „дифицировэншми в процессе лазерного воздействияоптическими параметрами в качестве фокусирующих, растровых и золноводных элементов.

1'эким образом можно сделать выводы о том, что: - сегодня в мире активно производятся исследования лазерных методов обработки стекла и стеклообразных материалов?

- настоящая работа относится к одному из новейших направлений научно-технических разработок в зтой области - лазерному формированию оптических элементов:

- разработка новых лазерных методов и средств' управления оптическими параметрами ПС актуальна для решения задач повышения опгического качества изготовляемых элементов, расширения спектра технологических возможностей их изготовления.

- результаты исследований основных закономерностей лльернои модификации оцгшескнх свойств пористого стекла, ие.:я£\цовчнио основных параметров и свойств оптических элементов ¡n .тп основе представляют научный и практический интерес для развития целой группы лазерных технологии, ориентированных на использование стеклоооразшх пористых сред.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ, líe ль рзооты заключается в разработке пхерных методов и средств управления оптическими свойствами пористых стекол различных типов.

Основные задачи работы:

- исследование основных зависимостей (оптических параметров модифицированных НС различных типов от {¡сжимов лазерного воздействия;

исследование диапазона технологических возможностей изготовлений Ш методом 'лазерной денсификации 11&

- изучение.оптических свойств 03 на основе ПС, стабильности оптических параметров O'J и методов ее повышения;

- разработку' элх'орлтмов управления процессом лазерной обработки.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ЫШОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

I. Максимальное значение числовой апертуры na фокусирующего ОЭ на основе ПС достигается при формировании термоуплотненной области- с соотношением глубины и диаметра близким к единице.

Оптические параметры элементов определяется асферичностью преломляющей поверхности, исходными и наведенными в процессе лазерного воздействия объемными неоднородностями показателя преломления подложки ПС.

А. Для минимизации «прической аберрации 03 может быть жмюльзикэн «от.'Л оттаивании 'распределения мгновенной скорости' сканирования лазерного излучения в зоне лазерного воздействия, обеспечивающий малые уива&юедш? изменения оптических параметров

подложки ¡Ю.

Основным «(»актором, приводящим к растрескивании.« заготовок 03 ин-'тся 1гр'..'Никноьение влаги в норы модацщировчидаго каркаса ПС. Прухнчкччь.' '•¡адрс^.-ооиняцки подложек ПС ксл* пззеркой сюрчботка СНИс.ЬероЯТНОСТЬ Тр/а«/!!ЮОбрОЗДВШШ МОХОМЮЦИрОВаННЫХ

п^д «яки Ц>: и •ч«?<,п<?''Иулт долговременную стабилизчайо оггпгческих

Пар:!Ме !'1МЬ С..

НАУЧНА/1 }ЮЫ1.:НА ¡.'■Iооты состост в том, что в ней впервые:

- п^'ч-д•:••..<■ -1Е.1, обос-иовакы и экспериментально реализованы условия «^/рми^чьлния Фокусирукад'" 03 на основе ПС с предельным значением часей-л? 'шертуры и максимальной воспроизводимостью оптическил. пзршетс>св;

- ионаружено ¡1 количественно объяснено влияние но оптические параметр« ОМ исходных и наведенных в процессе лазерного воздействия гроднекгар показателя преломления подложки ПС и •асферичности проломля?«5ей поверхности 03:

^ксиери'.'ентально обоснована эффективность применения хидрофосМк-опии М'.-дшфгеафовзннь'Х подложек ПС для снижения треишш- „-разования и долговременной стабилизации коэффициента ПроПУ'ЛСЧНИЯ 03'.

- ¡тред «южен нозыя метод мш'-чизэшш геометрических аберраций 03 на основе ПО:

- разработан и реализован комплекс алгоритмов управления распределением плотности мощности излучения в зоне' лазерного воздействия для формирования 03 на основе различных .стеклообразных материалов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТ... Результаты работы использованы для изготовления экспериментальных образцов швшатгршх фокусируют 03, п^дашаченных для пркмене1шя в различных устройствах ' оптоэле ктроники и интетральной оптики при выполнении в ИТМО СШ Ю1? >? 89130, 90337, контракта № 77193 с Бременским институток пршлалной и лучевой оптики ( ФРГ).

Разработанные автором методу pea илаашм раснрсде пенил плотности мощности в зоне лазерной обработки, удтиритмы коррекции искаженна траектории сканирования внедрена на Cil "Лазертекс", АО "Престиж", АО "СеьЗапТелсКсм" и исшяььуйтся о техниЯйгнческиу. процессах лазерной поверхностной обработки неметаллических, в частности стеклообразных, матери..! лов.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Все мат*риалы, приведенные s №--.-;n>twu, получены .'шчно автором или при его непосредствешк^ .учзс'пг/..

Гпхирамма экспериментов по исследованм»-« температурных рзтюз и кинетике формирования ОЭ выработана совместно 'с научным руководителе;, д.т.н., проф. Ь.П. Ьейко.

У.чсгл-р::мёнтальная часть работы выполнена с использованием макета ла-.-ерной установки, разработанного Б. А. Чуико.

Исследование температурных режимов формлровашм 03 проводилось совместно с л.К. Крс.-иакм по разработанной им методике.

Работы по оптимизации параметров используемых ПС и методов повышения их стабильности проводились совестно с Г.к. Ксгтюк, Е.Б. Яковлевым, Г.П. Росковой, Т.О. Цехомской, Т.М. Буркэт.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Результаты работы докладывались на Республиканской научной конференции "Лазерная технология-89" (Вильнюс, 1399), XV Международном конгрессе по стеклу (Леш1нград, 198Э), vin Всесоюзной конференции по взаимодействию огггического излучения с веществом (Ленинград, 1990), Международном симпозиуме

Optics., Imagining, ana Instrumentation ( CH!A, ОаН-ДИеГО, 1993).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам диссертационной работы опубликовано б печатных трудов.

СТРУКТУРА И ОБЬЕМ РАБОТЫ. Работа объемому&Гстрзниц состоит из введения, пяти глав и заключения, содерлжД^рисункеЬ, список литературы wJfêнаименований работ, /$ TâS/lUiç.

ОСНОВНОЕ ООДЕРМСЕ РАБОТЫ

Во ЬЕЕДЕНШ обоснована актуальность диссертационной работы, сфорк.ушфиваж ее цел; к кратко изложены основные результаты проБеденных псслслоезний, сформулированы основные положения, выносгмые на чашит.у.

I; икрйои ;"■<&.■ г<»оба$?1!ы ^зучьтаты опубликовывай; работ по разраоотке лазерных техно лота изготовления ОЗ. /-каа ано, что иацнм усговп?» ¡лп.чизации большинства из вост. ь:у технологий является ¿ореироБчик*; м^.од-д« лазерного локального наг реванш заданных темгкфатурных граглеэтов на поверхности или в объеме стеклоооразного материала, лвэлиз типов используемых лазеров, оптических систем и режимов лазерной обработки, показывает припципиалыс/«, а в ряде случаев и конструктивную общность используемых технических средств я методов управления процессом лазерного Формирования ОЭ. Проведенное сравнение ..озможнсстей различных технолопм изготовления миниатюрных ОЭ показывает, что лазерные технолопш обладает рядом преимуществ, оснозкыми из которых являются высокая производительность, возможность формирования ОЭ, эквивалентных но своим оптическим параметрам ОЭ с асцерическои преломляющей поверхностью.

Во второй части главы анализируются основные экспериментальные и теоретические результаты исследования технолопш формирования ОЭ методом лазерной денсификации стеклообразных гористых сред, к которым относятся пористые стекла (ПС) и золь-гели. На сегодняшним день этой технолопш уделяется значительное вни.лшю как в нашей стране, так и за руоежом.

Сделан вывод о необходимости исследования закономерностей процессов лазерной модификации структуры ПС различных типов, оптических свойств лодученшх ОЭ, разработки методов и средств, обеспечивающих возможность оптимального управления процессом ф'-,.-!'.И]"!ОВЭНИЯ ОЭ.

ВО ВТОРОЙ ■ ГЛАВЕ в первой части списан макет экспериментальной .установки, параметры, ист' -ьзозанкых ПС, основою измерительные методики,

Для проведения экспериментов использовался макет лазерной установил с двумя модификациями: оптической схемой.

обеспечивающей однокоординатное радиальное скэшроачнио

сфокусированного лазерного излучения по поверхности ПС с частотой

f-^при одновременном врадаэнии образца вокруг' оптической оси

системы с угловой скорость» и и оптической схемой, обеспечивающей

деухкоордидатнш сканирование ь .июскостм обметки по йэдэнной

траектории. В качестве источника излучения оыл использован

непрерывный С0а лазер ИЛГН-?;Л, x=lu.»¿ нкм, p-3-ы) Err.

Для фОрШфОВЗШЛ ОЭ ЖЯОЛЬЗбВЗЛЙСЬ ПС р'яЗЛИЧШХ ti шив,

раараоотэнные в тке совместных работ б И);-; a;í 0CCF. ПС

от лич 2 лис ь между собой по составу (натрш'.Соросиликатпые и

н.атри.жа;ишсил!йсэтные), и но рейину химической ойриоотки! мшфо •

(5Ш) и макропористые. (МАЯ) отекла. Среднее значение пористости

для У.АП стекол составляло и--0Д»-0,£-5 cmVcm', для МИН стекол

m^u.'i:-; cmVm1. Знэчение среднего показателя преломчеиия

составляло n -1.27-Т.ЗЗ для ККП и п «-I.I8-I.a-S для МАП стекол.

Me'!О ДИКИ контроля ОТГП^-СКИХ ПараЧеТрОп 03 СЫЧИ ОСНОЗаНЫ U'j

параметров поперечной структуры излучения одноиодоь!л:о

ht—'-•-• лазера, прозедого через «есьс-дуе-мыи 00. Геометрические

пау-'лг-тш СЭ иссшкоззяпсь методом теляц^лшиа и ь .оде прямых

измерен: с использованием измерительного микроскопа.

со второй части гпаьы приислягся и обсу.-дамгея саш-ьные

результаты исследований зависимостей оптических и 1е!Л'..'Тричес-кях

параметров 03 ОТ ttó.í.HMOB лазерного ьош-йсп ъия.

ь сегульт.ате исс ъ-дования ьременных ъчнаеиммечт'й ifMt.v{mypu

uohs-pXKocTHoro слоя ПС от ржшоь ЛЯ установлено, чгъ цЛ1

размер:;:-: зоны Jib г =1-2.5 мм, оптимальный дг.пагон средами

плотности мощности <| составляет- Xuu-acu Вт/см''. Иьме1ы<№

радиального распределения плот-кости мощности «Цг) обеспечивает

управление средней температурой поверхности ПС ь термически

. *

стационарном состоянии, r-pc-мекем его установления t и распределением температуры нагрева t(r,t) в зоне ЛЬ. Частота флуктуз'Л- мгновенной температуры ¡1С б центре зоны ЛБ равна частоте радиального сканирования -f , а амплитуда ее обратно пропорциональна tf и при ff > 10 Гц не превышает IGnC.

Показано, что при заданном виде распределения q(f) в зоне Ж кавдому значению íj ь диапазоне ICQ-2C0 Вт/см2 соответствует предельная глубина термоуплотнения Н и время ее достижения .

Ололип ачпод, чти для повышения воспроизводимости геометрических и оптических параметров 03 оптимальными квл.-иится такие режимы ЛВ, .при которых Формш.'ова;ше 03 завершается з условиях, близких к ТёЛЛОЬОМУ стационарному состоянию.

исследование влиянии пэряметр.-а р.*ш:алиюго сканирования лазерного иа сучения ■■„ и « на геометрические и оптические параметры оз показало, что ^ри 4 < Ю 111 змллшудная Флуктуация :,цновемной 1-ем:;ер'.-1Т.у]'Ь! нэг;*?ва ПО в цент- зоны ЛЬ, достигающая ооо'^С, вызывает 1«•р«с,.упаоткение 110 на глубину Н » 1.5-2 * И » ¡¡.••мик-кк? 71 яоь-ш скорости о в диапазоне ХЬ-ЬО об/с вызывает умоньаонпе лла'Ч:фа термоуплонснной области .10 в диапазоне 0.3 а,в„ ^ . На .)том основании сделан вывод о принципиальном -л>тнкчеики управления формой Ой при использовании схемы цдкокеорлуитал^ радиального' сканирования, вызванном увеличением таиге^щиульлоп составляю®?« мгновенной скорости сканирования V«.» на краю зоны .¡Ш го уровня V » е^г/а«:.

Анэли? изменения радиуса кривизны 03 а»к(»,-б> в зависимости от вида распределения -.о ) в зоне Ж, которое определяется значением параметра г в уравнении радиального сканирования:

и д.адгельность»> Jib т, были выделены три области режимов

форМИрОВ-'ЧШЙ С'-;;

1. 0.5 < а < и.8, > о . Радиус кривизны 03 асимптотически ст(ч-м;пся к предельному значении , соотэетствун„ему термически стационарному состоянию (с t*j, & атои области соблюдается условие геометрического подобия .йюрмы териоуплотнеянбй области ПС.

2. 0.8 < а < I.I. Это и :асть неустойчивого реяима, когда ft

возрастает на начальном этапе формирования 03 ) и убывает

при осльших значениях длительности воздействия i, da

3. а > I.I, < о. Уменьшение радиуса кривизны R с увеличением * обусловлено образованием конусообразной термоуплотненной области ПО, в условиях, могущих привести к сквозному противлению подложки ПО.

Показано,, что профили преломляющей поверхности 03 при -ю.а являются асферическими, отклонение профиля от блигайшеи сферы

возрастает при изменении параметра в диапазоне и.'-Г.2 и увеличении длительности JIB т.

03 с ма_<. чмальной числовой апертурог; мл могут быть сформированы при режимах Ж> с a at 1.0 и с * i.', характеризуемых резким максимумом оаспоеделения \{г) в ценгр*? зоны ЛВ. При этом

¡л

оптимальнее соотношение радиуса крнвкзмы к диаметра 03 — % о.Ь

ОЭ

выполняется пои формировании термоушютнешюй об ласта UC с

н

соотношением глус" ы и диаметра ¡г-« г. Показано, что при формировании ОЭ на основе МАМ ПО типа 8А, толщиной 1.8 мм, при радиусе зоны ЛВ <-о50.сп,:м, а=10Шт/смг предельное значение числовой апертуры составляет для двойных ОЭ мл «?.з, для одиночных сэ N*. «0.26 при диаметре ОЭ d s i мм.

На основе полученных гглшсимссгеи основных оптических параметров 03 (dos. f', ¿s ; от вида распределения <а(г) и длительности ЛВ t установлено, что оптимальный диапазон параметра «. в (I) составляет U.&-I.0. При а < 0.5 термоупяотненная область ПС имеет /идьщенную форму, что приводит к формиртванио 03 со значительной максимальной поперечной сферической аберрацией £5 . При значениях * > I.I диам -р 03 d много меньше г зоны

пак г 1 оз. ' о

JIB, что практически исключает возможность .управления параметрами профиля преломляющей поверхности.

Анализ зависимостей f'=f/«.,v) и Ss- =f„(a,r) показывает, что изменив параметра радиального скашрования г, позволяет управлять значением фокусного расстояния f 03 в широком дизпазене, но при однолараметрическом задании траектории сканирования добиться независимого от f управления аберрационными параметрами 03 не представляется возможным.

В результате экспериментальной апробации предложенного автором метода минимизации геометрических аберраций 03 установлено, что малые изменения мгновенной скорости сканирования в центральной области зоны J1B по отношению к опорной траектории вида (I) .реализуемые с использованием численных'методов задания параметров траектории вызывают малые .управляемые изменения оптических параметров 03 (dOJ, С). Показана пришепзиальнэя возможность реализации режимов ЛВ, при которых формируемые 03 характеризуются минимальным соотношением ? . что

соответствует относительному уменьшению сферический аберрации 03

по сравнении с опорным режимом .'IB.

Б эксперимент & по «пред-.- лепил точечной оценки ьоснрикуаоишоеги оптических *л геометрических параметров 03 ус i-.'новлеио, что при характерных параметрах ЛБ г=130 Вт/ci/, а- 0.8, Г--10 с, мм относительное отклонение параметров ОЭ d , г' от средневкоорочных значении не пгевышэ-эт I?*.. Это подтверждает слггимадьиоетъ .условия выбора параметров ЛВ для реализации роа-кмов ЛВ с максимальной всспрсиэдодьмостью ОЭ.

Методом ¡1 naiCrij .'оьания эксперимента получены математические модели aj..-а.;-.ф, описывающие зависимости ОЭ от режимов

.'ТВ »¡.и не: "•■л-зоьзнни шпической схемы двухкоординатного скэдироьчнин '.ь кольцевому растру.

В ТРЕТЬЕЙ пег** описаны виды ОЭ, изготовленных на основе ПС, диапазоны ]<млиь»ч>аннык оптических параметров для отрицательных, Фоку сиру г iiuix н едшк-шшх ОЭ, описана математическая модель работы фокусирунеэю ОЭ, ¡х'зулътэты исс.чедоьа'нил стабильности оптических сб'.-Псть ОЭ и методы ее повышения.

ГЯлитлт ре.члиь>оьаниы.ч оптических параметров дли основных

БИДОН ОЭ ППИЬеДеНЫ h ТнбЛИОе I.

Оси •шал- Параметры ОЭ на игмоАн iW !л>йл, L

Т/л: СЭ i Материал : 1 Основные на С f { ' J Г. \.41 >a>te-pi>;

ОГПИШГШЛЬИЫЙ ОЭ 1 Ш1 Сфё|. даеу/а? I НЛП И УИЯИНЯрНЧг'СНИЙ j б. 3-9. (5 -1.0—10 б. 1-0.«

ОЭ ; СфгрИЧОСКИЙ j W/uI и 1!иликлрический i 0,3-4.6 0.5-2.й 4-12 2-0 0.05-0.1 0.1-0.23

Двоаной по пожи ■ | MJW тельный СЭ | МАП 0.8-2.' | 3-10 П.8-1.5 j 1.0-6.0 0.1-0.25 0.2-0.19

покас-ано, что основными факторами, определяющими оптические параметры 03, является. геометрия преглмляидей поверхности термоуплотненной голости ПС, распределение показателя преломления (ПП) по TouiHii г.алло.ми ПС, а также распределение ГО в

- }.г -

переходном слое, прилетающем к •^ад:»угок>Тйсачой области ПС.

Яредлякекз мт-матичеекзи модели раооть. <!ччус1!руед.'Го в основу которой 'одожен принцип г^не'гру-ош'ическ-'Гй расчета хода лучей в среде с неоднородным при отси нриздя.ъ и^лс-мллКШ'й поверхности 03 зпарокс.гмпъует'ся крм*«в ¿-га гк.рлякэ, распределение. ЯП по толща* ПО описывается полиномам, аппрокс:э,мрущим зксцериме-кгалькые значена Шг над ряда -шщм ПО, а распределение и]! в шреходном слое мэдечхру^таи ¡••.¡¿оиешь-м его на тонкие слои с постояшгым значением щинс-у ПП I-IV слоя ' ппо * л. И ' г.с9. о помощью данной мидели ок.'« чочучеш теоретические ровисимости т'и ^ 03 у г указанных (¡лкн-рсь, а также на основании экспериментальных дзннья о параметр-ах цилиндрич* кVIX 03 проведана оценка толщин'™ переходного слоя лс ь зависимости от режимов ЛВ.

Показан'-, что высокая аде-.роиионнал способность силизсатногс каркаса ПС приладит к изменению оптических параметров 03 вс времени и ¡г/ стабилизации по окончании характерного врем«Нг "старения" .••г..-по 2 суток. Установлено, что попадание влаги в порь Мсдаф1гцйроьаннои подложки ПО при механической обработке 03 и щ» долговременном хранении является .¿."новным фактором, приводящим * трепишообрэзовэнию в подложках ПС. Показано, что применение гицрофэбизаШ'М позволяет уменьшить вероятность трешинчобразованш до и. 1-0.15 и сшзшъ долговременную нестабильность оптическю параметров 03 до уровня не более 5Г..

В ЧЕТВЕГХОЯ главе анализируется способы формирована заданных распределений плотности энергии в зоне ЛЬ для .упрэвлеши оптическими параметрами 03 на основе ПС,

О первой части главы рассматриваются особенносп фор"Н[кзьаяия зэдзкных распределений плотности энергии методам' рас.роваго сканирования. Показано, что при использовании схем: ■радиального сканирования . с постоянной угловой скорость оптимальным законом сканирования является степенная завиеимост вида:

КГ-

а в to.s-t.2J,

о

где Г,-р'Яиус зоны ЛВ, ^-длительность цикла радшэльшг

Сканирования.

Управление аберрационными параметрами 03 обеспечивается возможностью локальной кор[>екции параметров траектории радиального сканирования с использованием кубических■ сплайн-функций. Основным недостатком данной схемы сканирования является низкая управляемость мгновенной скоростью сканирования на крат зоны ЛВ, обусловленная шзким ¡¡остом ее тангенциальной составляющей на периферии зоны ЛЬ при угловых скоростях сканирования «--50-40 о О/с. Этот недостаток устранен при использовании оптической схемы дв.ухкоордипатного сканирования по кольцевому растру. В атом случае управление распределением плотности энергии в зоне ЛВ реализуется при непосредственном задании распределения радиусов колец растра ^-{(г) и значений мгновенной скорости сканирования Ч-Чг) в каждом кольце. Изменение формы элементарной составляющей растра с кольцевой на эллиптическую позволяет использовать этот алгоритм для формирования 03 с эллиптической формой . входного зрачка. Рассмотрены особенности реализации стрючно-кадровой развертки и методов контурного сканирования для фортрования цилиндрических 03 и топологии пленарных волноводов.

Во второй части главы описыны использованные методы кор(>екции искажении траектории сканирования, возникающих во время лазерной ооработки. Приведен расчет искажений, вносимых оптической системой сканирующего устройства. Предложен алгоритм кор1>окции искажений траектории, основанный на использовании численной итп'ерполяции завис!шости координат луча в плоскости ооработки от величины управляющих напряжений исполнительных механизмов.Для коррекции динамических искажений, возникающих при работе исполнительных механизмов на нелинейном .участие АЧХ, реализован алгоритм управления, основанный на внесении экспериментально определяемых предыскажений в управляющие сигналы э лектромеханических сканаторсв.

6 ПЯТОЙ ■ главе рассмэтривдагся перспективы развития технологии, связанные с возможностью изготовления сложных оптических систем в результате объединения функциональных наборов элементарных 03 на одной подложке ПС. Рассматривается возке»лость использования лазерной денсификадаи ПС для' изготовления элементов интегральной оптики, таких как пленарные .волноводы, разветвители

и другие.

Описываются основные результаты применения разработанных алгоритмов формирования распределения плотности мощности .лазерного излучения в плоскости бработки в ряде прикладных задач лазерной обработки, в частности для декоративной обработки поверхности различных материалов, в том числе стеклообразных.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Исследованы закономерности изменения ошических свойств различных типов пористых стекол в процессе лазерного воздействия.

?.. Определены диапазоны оптических параметров 03 различных типов, реализуемых методом локальной лазерной денсифпкации пористого стекла.

3. Определены режимы лазерного воздействия, обеспечивающие формирован:,. СЗ с максимальной числовой апертурой.

4. Посгроена математическая модель фокусирующего 03, учитывающая асферический хар^сгер профиля преломляющей поверхности 03 и объемную неоднородность показателя преломления в подложке пористого стекла.

6. Предложен способ управления аберрационными параметрами 03 на основе ПС в результате локальной коррекции радиального распределения плотности мощности излучения в области лазерного воздействия.

ь. Показана эффективность гидрофобиззции для снижения трещшюобразовэния модифицированных подложек ПС и долговременной стабилизации оптических параметров 03.

7. Разработаны методы и алгоритмы управления, обеспечивающие реализацию требуемого распределения плотности мощности в зоне лазерной обработки методами растрового . сканирования сфокусироу. знного лазерного излучения.

- lb -

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. В.И.Ьейко, Р. К .Поток, П.А.Фомичев. В.А.Чуйко, Е.-.-.Яковлев. "Микрооптические элементы с повышенной числовой упергуроп нз осоиоое лазерной локальной модификации структуры оптически неоднородного пористого стекла". Институт физики АН Литовской СОР, Лазерная технология, выпуск 8, с.6-7, 1389.

2. h.li.OefiKo, Г.К.Костюк, П.А.Фомичев, В.А.Чуйко, ¿.Ь.Яковлев. "Лазерное формирование' микрооптаческкх ' злеменгоа в оптически неоднородном пористом стекле". Труды xv НеждунуроУиого конгресса но' 'стеклу, т.4, с.104-109.Л. : "Наука", ГУД}.

a. Е.Л.Баки-Бородок, Ь.П.ВейХо, Л.К.Кронин, О.К.Савченко, Л.А.Фсмичев, ¡¡.Б.Фролов, В.А.Чуйко. Е.Б.Яковлев. "Кинетика спекания пористых срэд под действием лазерного излучения". Тезисы докладов vi:; Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом, т.1, c.IÛ?-l'C8, Ленинград» 1У00.

4. v. Г-'. Vt.il. о, е.p. :-ai.c/J*v, V.V.Froîav, V.rt.ChuJ'0, I-..1-..I t'a,.: , M.O.A£»t>»l'Ufr.ov , >i. .".«¡hal-ol* , W.,;-on;che'/. Laser ».иаги'.с, зги? ei«i . »tion üt g'.ss» arid gless-corrang materials ¿.na ai -«fjtiilcàli-ii fur c'fcsu.ig i'tüG, l-rcice^ising a-f jiPlë, vol. 1S.4 4, tv eru-n trr :nt. 'Vor,f. . an Mir.iaturû «md Microoptic«! ffUitbîiûfi st.j Spital Application, 22-21.07.91, San Diego,

C-c. il t СЗГП. rt , ULfï , p.lîj-— là J.

5. E.A.Баки-Бородов, В.П.Вейко, А.К.Кромин, С.К.Савченко, П.А.Фомичев, В.В.Фролов, В.А.Чуйко, Е.Б.Яковлев. "Кинетика спекания пористых сред иод действием лагерного излечения". Известия АН СССР, сер. Физи-"ская, т.55, 17, с.1462-1466, 1991.

b. В.П.Вейко, Г.К. Костюк, П.А.Фомичев, В.А.Чуйко, Е.Б.Яковлев. Пленарные микрооптические элементы на основе локальной • модификации структуры пористого стекла. Оптический журнал, Ш, с.54-58, 1992.

Подписано к печати 14,09.S3 г. Oöiev I я,л.

Заказ 247 Тира« ICÜ экз. Бесплатно

Ротапринт. ИТМО. I5CCC-0, С.-Петербург, пер.Гривпоаа, 14