Инд. авторы:	Жуков В.П., Булгакова Н.М., Федорук М.П.
Заглавие:	Моделирование несимметричной фемтозаписи
Библ. ссылка:	Жуков В.П., Булгакова Н.М., Федорук М.П. Моделирование несимметричной фемтозаписи // Вычислительные технологии. - 2017. - Т.22. - № 6. - С.35-47. - ISSN 1560-7534. - EISSN 2313-691X.
Внешние системы:	РИНЦ: 32248591;
Реферат:	eng: Volumetric modification of transparent materials by femtosecond laser pulses (FLP) is usually carried out in multipulse irradiation regimes by focusing of laser beam into material bulk. Theoretical investigations of multipulse regimes are usually limited to estimations which do not take into account laser light scattering by free electron plasma. This plasma is generated by ionization of both valence electrons and defects accumulated in the irradiation region from pulse to pulse and resulting in local changes of material refractive index. In this work, numerical modelling of FLP action on fused silica has been performed for multipulsed regime using focusing to the sample depth. The model is based on solution of non-linear Maxwell’s equations supplemented by the hydrodynamic-type equations for the plasma of electrons, which are excited by radiation to the conduction band. It takes into account effects connected with pulseto-pulse defect accumulation in glass. It is shown that accumulation of defects (color centers in glass), their ionization by subsequent laser pulses, and refractive index variation connected with color centers play a crucial role in the dynamics of radiation absorption in the multipulse regimes of glass modification. Additionally, in a number of experiments on multipulse writing of modification structures to the bulk of moving material samples, we observe the dependence of modification degree on the direction of sample motion relative to the laser beam (writing anisotropy). The effect of such asymmetric writing is usually explained by the tilted front of ultrashort laser beams. In the present work the numerical modelling of the action of the pulses with tilted front has been carried out for the first time and indeed it is shown that the tilted front could cause writing anisotropy. rus: Выполнено численное моделирование воздействия серии фемтосекундных лазерных импульсов на плавленый кварц при фокусировке вглубь образца. Модель основана на нелинейных уравнениях Максвелла, дополненных уравнениями гидродинамического типа для плазмы электронов, возбужденных излучением в зону проводимости, и учитывает эффекты, связанные с накоплением дефектов в стекле от импульса к импульсу. Показано, что накопление дефектов, их ионизация последующими лазерными импульсами и связанное с ними изменение показателя преломления играют принципиальную роль в динамике поглощения излучения в многоимпульсном режиме. В данной работе впервые выполнено численное моделирование воздействия на стекло серии импульсов с наклонным фронтом. Показано, что наклонный фронт приводит к зависимости степени модификации материала от направления движения мишени (несимметричная запись).
Ключевые слова:	Pulse front tilt; femtowriting; anisotropic writing; multipulse regime; glass memory; color centers; defects; femtosecond laser pulses; нелинейные уравнения Максвелла; наклон фронта импульса; несимметричная запись; многоимпульсный режим облучения; память стекла; центр окраски; дефект; фемтосекундный лазерный импульс; nonlinear Maxwell’s equations;
Издано:	2017
Физ. характеристика:	с.35-47
Цитирование:	1. Достовалов А.В., Вольф А.А., Бабин С.А., Дубов М.В., Мезенцев В.К. Численное исследование влияния временной формы импульса на модификацию плавленого кварца фемтосекундными импульсами // Квантовая электроника. 2012. Т. 42, № 9. С. 799-804. 2. Zhukov, V.P., Rubenchik, A.M., Fedoruk, M.P., Bulgakova, N.M. Interaction of doughnut-shaped laser pulses with glasses // JOSA B. 2017. Vol. 34, No. 2. P. 463-471. 3. Akturk, S., Gu, X., Gabolde, P., Trebino, R. The general theory of first-order spatiotemporal distortion of Gaussian pulses and beams // Optic Express. 2005. Vol. 13, No. 21. P. 8642-8661. 4. Kammel, R., Ackerman, R., Thomas, J., Skupin, S., Turnnermann, A., Nolte,S. Enhancing precision in fs-laser material processing by simultaneous spatial and temporal focusing // Light: Sci. and Appl. 2014. Vol. 3. e169. DOI:10.1038/lsa.2014.50. 5. Vitek, D.N., Block, E., Bellouard, Y., Adams, D.E., Backus, S., Kleinfeld, D., Durfee, Ch.G., Squier, J.A. Spatio-temporally focused femtosecond laser pulses for nonreciprocal writing in optically transparent materials // Optics Express. 2010. Vol. 18, No. 24. P. 24673-24678. 6. Kazansky, P.G., Yang, W., Bricchi, E., Bovatsek, J., Arai, A. et al. “Quill” writing with ultrashort light pulses in transparent materials // Appl. Phys. Lett. 2007. Vol. 90, No. 15. P. 151120. 7. Kazansky, P.G., Shimotsuma, Y., Sakakura, M., Beresna, M., Gecevicius, M., Svirko, Y., Akturk, S., Qiu, J., Miura, K., Hirao, K. Photosensitivity control of an isotropic medium through polarization of light pulses with tilted intensity front // Optics Express. 2011. Vol. 19, No. 21. P. 20657-20664. 8. Bulgakova, N.M., Zhukov, V.P. Continuum models of ultrashort laser - matter interaction in application to wide-bandgap dielectrics // Springer Ser. in Materials Sci.: Laser in Materials Sci. / M. Castillejo, P.M. Ossi, L. Zhigilei (Eds). 2014. Vol. 191. P. 101-124. 9. Bulgakova, N.M., Zhukov, V.P., Meshcheryakov, Yu.P. Theoretical treatments of ultrashort pulse laser processing of transparent materials: Towards understanding the volume nanograting formation and “quill” writing effect // Appl. Phys. B. 2013. Vol. 113, No. 3. P. 437-449. 10. Bulgakova, N.M., Zhukov, V.P., Meshcheryakov, Yu.P., Gemini, L., Brajer, J., Rostohar, D., Mocek, T. Pulsed laser modification of transparent dielectrics: What can be foreseen and predicted in numerical experiments // J. of the Optical Soc. of America. B. 2014. Vol. 31, No. 11. P. C8-C14. 11. Bulgakova, N.M., Zhukov, V.P., Sonina, S.V., Meshcheryakov, Yu.P. Modification of transparent materials with ultrashort laser pulses: What is energetically and mechanically meaningful? // J. Appl. Phys. 2015. Vol. 118, No. 23. Paper 233108. 17 p. 12. Couairon, A., Sudrie, L., Franco, M. et al. Filamintation and damage in fused silica induced by tightly focused femtosecond laser pulses // Phys. Review B. 2005. Vol. 71. Paper 125435. 11 p. 13. Булгакова Н.М., Жуков В.П., Федорук М.П. Численное моделирование распространения фемтосекундного лазерного импульса в нелинейных средах // Вычисл. технологии. 2012. Т. 17, № 4. С. 14-28. 14. Martin, P., Guizard, S., Daguzan, Ph., Petite, G., D’Oliveira, P., Maynadier, P., Pedrix, M. Subpicosecond study of carrier trapping dynamics in wide-band-gap crystals // Phys. Review B. 1997. Vol. 55. P. 5799-5810. 15. Hecht, B., Novotny, L. Principles of nano-optics. Chapter 3: Propagation and focusing of optical fields. Cambridge Univ. Press, 2006. 578 p. 16. Grojo, D., Gertsvolf, M., Lei, S., Barillot, T., Rayner, D.M., Corkum, P.B. Excitonseeded multiphoton ionization in bulk SiO2 // Phys. Review B. 2010. Vol. 81. Paper 212301. 4 p. 17. Petite, G., Guizard, S., Martin, P., Qu´er´e, F. Comment on “Ultrafast electron dynamics in femtosecond optical breakdown of dielectrics” // Phys. Review Lett. 1999. Vol. 83. P. 5182.