Приборы и техника эксперимента, 2020, № 1, стр. 155-156

Одной из перспективных технологий обработки оптически прозрачных материалов является технология лазерно-индуцированного импульсного жидкостного травления (laser-induced backside wet etching – LIBWE) [1]. Технология предполагает фокусировку импульсного лазерного излучения на границе раздела образец–поглощающая жидкость с формированием микроскопической области с экстремально высокой температурой. Это приводит к травлению, частичному испарению и термокавитационному разрушению материала с возможностью формир7ования микроструктур в различных твердых прозрачных материалах [2, 3].

Принципиальная схема и общий вид установки для лазерно-индуцированного микроструктурирования прозрачных материалов представлены на рис. 1. Источником излучения служит импульсный лазер 1 с активной модуляцией добротности TECH-527 с длиной волны 527 нм, максимальной энергией в импульсе ~200 мкДж, длительностью импульса ~5 нс и частотой 1–10 кГц. Включение и выключение излучения, регулировка мощности происходят синхронизированно с перемещением трехкоординатного стола, посредством G-code. Излучение подводится к образцу 3 с помощью системы диэлектрических зеркал 5. При этом оно последовательно проходит через регулятор мощности 4, диафрагму 6 и объектив 7.

Рис. 1.

Внешний вид установки (а) и реактора высокого давления (б), принципиальная схема установки (в) и пример зависимости глубины канала в сапфире от числа проходов (цифры у кривых) и давления в реакторе (г). 1 – лазер, 2 – реактор высокого давления, 3 – структурируемый образец, 4 – регулятор мощности, 5 – система зеркал, 6 – диафрагма, 7 – объектив, 8 – камера, 9 – трехмерный моторизированный стол, 10 – система напуска давления.

Главным отличием установки от всех используемых ранее [1–3] является наличие реактора высокого давления 2 объемом 2 мл, на котором устанавливается структурируемый образец 3. Контроль параметров давления в реакторе осуществляется с помощью датчика давления и системы нагнетания давления 10 с запорными вентилями для предотвращения утечек. Максимальное давление составляет 250 атм. Реактор высокого давления крепится на высокоточном трехмерном моторизированном столе 9, управляемом также посредством G-code c помощью персонального компьютера. Камера 8 позволяет визуализировать процесс микроструктурирования прозрачного образца.

По сравнению с установкой для микроструктурирования, использующей гальваносканирующую головку [3], данная система может осуществлять непрерывное перемещение вдоль оси лазерного излучения (оси Z), смещая фокус на нужное расстояние в глубь образца. Использование реактора позволяет проводить микроструктурирование при повышенном давлении, что существенно (в 1.5–2 раза) повышает эффективность травления [4].