Сегодня - 09.12.2019

Сибирские ученые ищут новые способы улучшения характеристик поверхности монокристаллов

03 декабря 2019

Научный коллектив из Новосибирского государственного университета работает над способом получения идеальных поверхностей оптических материалов. На сегодняшний день ученым удалось улучшить ряд характеристик монокристаллов, которые являются неотъемлемым элементом в лазерной технике коммерческого и военного назначения, интегральной оптике и фотонике. 

Изначально монокристаллы выращиваются в виде слитков (булей), из которых затем изготавливают оптические элементы для дальнейшего применения (например, для преобразования длины волны излучения в мощных лазерах). Дело в том, что современные способы обработки материалов неизбежно формируют нарушенный приповерхностный слой с дефектами и загрязнениями, и его характеристики отличаются от остального материала. Из-за измененной структуры такая поверхность, когда на нее попадает интенсивное лазерное излучение, рассеивает или поглощает большее количество энергии, в результате чего происходит быстрый перегрев. В конечном счете это приводит к необратимому повреждению поверхности и поломке оптического прибора — при воздействии высокоинтенсивного лазерного излучения современные нелинейно-оптические монокристаллы разрушаются всего за несколько дней рабочего времени.
 
Образец монокристалла, закреплённый на координатном столике для получения его оптических характеристик с помощью зелёного лазера в отделе прикладной физики ФФ НГУ
   Образец монокристалла, закреплённый на координатном столике для получения его оптических характеристик с помощью зелёного лазера в отделе прикладной физики ФФ НГУ
 
Исследователи из НГУ решили обрабатывать оптические монокристаллы газовым ионно-кластерным пучком. «Газовый кластер представляет собой скопление атомов, удерживающихся вместе слабыми силами межатомного взаимодействия, — поясняет старший научный сотрудник отдела прикладной физики НГУ кандидат физико-математических наук Николай Геннадьевич Коробейщиков. — Если кластеры имеют заряд, то их называют газовыми кластерными ионами — именно они и составляют ионно-кластерный пучок, который был предложен в 1990-е годы японскими учеными как инструмент обработки полупроводников и металлов, а мы решили использовать его и для монокристаллов».
 
Чтобы усовершенствовать этот метод, несколько лет назад новосибирские ученые сконструировали универсальный стенд КЛИУС, аналоги которого есть только в Москве, а также в США и Японии. Используя стенд, удается удалять нарушенный приповерхностный слой монокристаллов: хотя вследствие обработки кластерные ионы формируют новый нарушенный слой, он всё же в десятки раз тоньше исходного. Кроме того, такой способ позволяет снижать (или — в случае сверхгладких поверхностей — не ухудшать) шероховатость поверхности образцов, которая также относится к нарушению структуры.
 
Универсальный стенд КЛИУС для обработки материалов ионно-кластерным пучком в отделе прикладной физики ФФ НГУ
   Универсальный стенд КЛИУС для обработки материалов ионно-кластерным пучком в отделе прикладной физики ФФ НГУ
 
«Установку приходилось закупать по частям и собирать вручную, — вспоминает Н. Г. Коробейщиков, — но ее стоимость в итоге оказалась гораздо дешевле, чем покупка нового японского прибора — на тот момент уникальной установки. В то же время собственный стенд КЛИУС позволил лучше познакомиться с технологией обработки газовыми кластерами, придуманной японскими учеными, и разработать свои оригинальные методики к нему». 
 
По словам специалиста, ионно-кластерный пучок имеет множество параметров, которые можно изменять, поэтому работы в этой области продолжаются. Дальнейшие исследования позволят однозначно определить наиболее оптимальный режим или режимы обработки для удаления поврежденного слоя, сглаживания и внесения наименьшего повреждения поверхностей. 
 
Надо отметить, что коллектив отдела прикладной физики НГУ занимается не только обработкой, но и диагностикой сверхгладких поверхностей. Ученые разработали и получили патент на оригинальный метод, основанный на анализе изменения коэффициента отражения лазерного излучения под определенными углами падения. Совмещая свои работы по обработке и диагностике, физики НГУ надеются не просто улучшать характеристики монокристаллов, но и разработать способ получения идеальных поверхностей оптических материалов, который позволит значительно увеличить срок их службы.
 
Иван Николаев, НГУ
 
Фото предоставлены отделом прикладной физики ФФ НГУ
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (1 vote)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus