Введение
Глава 1. Внутриобъемная микрообработка прозрачных материалов с помощью фемтосекундных лазеров 17
1.1. Основные механизмы взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с прозрачными материалами. 17
1.1.1. Нелинейная фотоионизация. 18
1.1.2. Лавинная ионизация. 20
1.1.3. Временная динамика взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с материалами. 21
1.2. Пространственное разрешение микрообработки прозрачных материалов фемтосекундными импульсами. 22
1.3. Параметры влияющие на процессы взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с прозрачными материалами. 23
1.3.1. Влияние поляризации лазерного излучения. 23
1.3.2. Влияние длины волны лазерного излучения. 24
1.3.1. Влияние длительности импульса. 25
1.3.2. Влияние энергии и интенсивности импульса. 26
1.3.3. Влияние числовой апертуры фокусирующей системы. 28
1.3.4. Влияние частоты следования УКИ. 29
1.3.5. Геометрия внутриобъемной микрообработки 30
1.4. Типы микромодификаций материала 31
1.5. Применение микромодификации прозрачных материалов фемтосекундными лазерами 32
1.5.1. Формирование фотонных структур. 32
1.5.2. Формирование микроструктур, проводящих жидкость. 34
1.5.3. Комбинированные микроустройства 35
1.5.4. Двухфотонная полимеризация 35
1.5.5. Использование внутриобъемной микрообработки прозрачных материалов фемтосекундными лазерами в технологических операциях и медицине. 36
1.6. Выводы по главе 1. 37
Глава 2. Экспериментальная установка и методика экспериментов 38
2.1. Источники фемтосекундных лазерных импульсов. 38
2.1.1. Низкочастотная иттербиевая фемтосекундная лазерная система с регенеративным усилителем. 38
2.1.2. Высокочастотная иттербиевая фемтосекундная лазерная система с регенеративным усилителем. 40
2.1.3. Высокочастотный волоконный иттербиевый фемтосекундный лазер с волоконным усилителем. 41
2.2. Экспериментальные методы исследования. 41
2.3. Характеристики фокусирующих систем. 42
2.4. Система измерения длительности фемтосекундных импульсов . 43
2.5. Экспериментальное определение поперечного распределения интенсивности фокусируемого пучка 46
2.6. Характеристики систем сканирования образков 47
2.7. Методика контроля энергии лазерных импульсов и характеристики датчиков энергии лазерных импульсов. 48
2.8. Образцы и материалы для исследований. 48
2.9. Методика экспериментов. 50
2.10. Выводы по главе 2. 51
Глава 3. Исследование процессов взаимодействия одиночных фемтосекундных лазерных импульсов с прозрачными диэлектриками 52
3.1. Исследование пространственных характеристик микроструктур, формирующихся под действием одиночных, пространственно разделенных фемтосекундных лазерных импульсов 52
3.2. Роль периферийных лучей в формировании области модификации после геометрического фокуса 56
3.3. Роль приосевых лучей в формировании разрушения перед геометрическим фокусом 60
3.4. Влияние оптических задержек на формирование разрушения 66
3.5. Выводы по главе 3 69
Глава 4. Исследование самоиндуцированного смещения фокального пятна фс-лазера внутри образца при его сканировании 70
4.1. Типы внутриобъемных микромодификаций формируемых фс импульсами в объеме поликарбоната и других прозрачных диэлектриках. 70
4.2. Формирование периодических микроструктур в объеме прозрачных диэлектриков с помощью низкочастотных фс лазеров. 73
4.2.1. Формирование циклически повторяющихся микроструктур в объеме поликарбоната. Низкие частоты f<2000 Гц, энергия Еимп 2мкДж. 73
4.2.2. Модель формирования циклических микроструктур в объеме поликарбоната. 78
4.2.3. Формирование циклически повторяющихся микроструктур в объеме поликарбоната. Высокие частоты f>1 MГц, энергия Еимп 200 нДж. 82
4.3. Формирование микрокапилляра в режиме формирования наклонных микромодификаций за счет использования высокочастотного фс лазера. 85
4.4. Выводы по главе 4. 86
Глава 5. Экспериментальное исследование пространственных характеристик микроструктур, формирующихся при фокусировке УКИ фокусирующими системами с высокими числовыми апертурами . 88
5.1. Особенности одноимпульсного формирования протяженных микроструктур в объеме прозрачных материалов фс лазерными импульсами при их фокусировке фокусирующими системами различных конструкций. 88
5.1.1. Особенности формирования линейных внутриобъемных микромодификаций при фокусировке одиночных фс лазерных импульсов с Гауссовым распределением интенсивности с помощью микроскопного объектива с аберрационной коррекцией. 90
5.1.2. Особенности формирования линейных внутриобъемных микромодификаций при фокусировке фс одиночных лазерных импульсов с Гауссовым распределением интенсивности с помощью сферической линзы без аберрационной коррекции. 90
5.1.2.1. Причины формирования последовательности микромодификаций за один фс импульс при использовании сферической линзы . 93
5.2. Формирование внутриобъемных микроструктур при перекрытии пятен фокусировки в процессе сканирования ультракороткими импульсами. 98
5.3. Оценка эффективности поглощения энергии фс лазерных импульсов в случаях использования различных фокусирующих систем 99
5.4. Выводы по главе 5. 100
Глава 6. Технологии и применения полученных результатов. 101
6.1. Влияние интерфейсной сферической аберрации на длину перетяжки лазерного излучения. 101
6.2. Одноимпульсное перфорирование тонких прозрачных диэлектриков с помощью фемтосекундных лазеров 105
6.2.1. Перфорация полимерных пленок с помощью одиночных лазерных импульсов. 105
6.2.2. Выводы. 109
6.3. Технология прецизионной резки прозрачных материалов фс лазерами. 109
6.3.1. Прецизионная резка полимерных, кристаллических и стеклянных материалов лазерами ультракоротких импульсов 111
6.4. Прецизионная резка полимерных коронарных стентов лазерами ультракоротких импульсов. 115
6.4.1. Актуальность использования фс лазерной резки. 115
6.4.2. Модификация экспериментальной установки для резки полимерных коронарных стентов. 117
6.4.3. Особенности резки PLLA трубок – заготовок полимерных стентов. 118
6.4.4. Выводы. 120
6.5. Особенности прецизионной резки полиимидной пленки (каптон) с помощью фемтосекундных лазерных импульсов, для применения в области гибкой электроники 120
6.5.1. Резка полиимидной пленки в режиме I. 123
6.5.2. Резка полиимидной пленки в режиме II. 123
6.5.3. Сравнение режимов лазерной резки полиимидной пленки. 125
6.5.4. Возможность фс лазерной резки с использованием ИСА. 126
6.5.5. Выводы. 127
6.6. Внутриобъемная микрообработка прозрачных материалов фс лазерами 127
6.7. Выводы по главе 6. 129
Заключение 130
Благодарности 132
Список публикаций автора по теме диссертации 133
Список литературы. 135
