Создание антиотражающей микроструктуры на поверхности кристаллов gase фемтосекундной лазерной абляцией

Исаенко Л.И.; Лазарев В.А.; Тарабрин М.К.; Бушунов А.А.; Тесленко А.А.; Елисеев А.П; Лобанов С.И; Голошумова А.А; Курусь А.Ф.

doi:10.25712/ASTU.1811-1416.2019.04.004

Инд. авторы:	Исаенко Л.И., Лазарев В.А., Тарабрин М.К., Бушунов А.А., Тесленко А.А., Елисеев А.П, Лобанов С.И, Голошумова А.А, Курусь А.Ф.
Заглавие:	Создание антиотражающей микроструктуры на поверхности кристаллов gase фемтосекундной лазерной абляцией
Библ. ссылка:	Исаенко Л.И., Лазарев В.А., Тарабрин М.К., Бушунов А.А., Тесленко А.А., Елисеев А.П, Лобанов С.И, Голошумова А.А, Курусь А.Ф. Создание антиотражающей микроструктуры на поверхности кристаллов gase фемтосекундной лазерной абляцией // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2019. - Т.16. - № 4. - С.454-459. - ISSN 1811-1416.
Внешние системы:	DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2019.04.004; РИНЦ: 41831909;
Реферат:	rus: Важным элементом широкополосных лазерных спектрометров является нелинейно-оптический преобразователь излучения, допускающий перестройку в широком диапазоне длин волн. Кристаллы GaSe (пространственная группа -62m) обладают оптимальным сочетанием параметров для эффективного преобразования оптических частот в среднем и дальнем ИК диапазонах, однако обладают существенным недостатком, связанным с высокими значениями показателя преломления (n_o~2.9). Это значительные потери на отражение: в полированной пластине GaSe при отражении от одной поверхности потери составляют ~23%, тогда как потери при отражении от противоположных поверхностей составляют около 38% (при учете многократных отражений). Для повышения эффективности широкополосных преобразователей лазерного излучения необходимо снизить потери на отражение. Традиционное напыление просветляющего покрытия неприемлемо из-за проблем с адгезией. Альтернативным подходом является нанесение антиотражающих микроструктур (АОМ), представляющих собой периодическую сетку из углублений, на поверхность кристалла. В нашей работе впервые продемонстрирована возможность нанесения АОМ на одну из поверхностей пластины GaSe путем прямой однократной абляции с помощью фемтосекундных импульсов на длине волны 513 нм. Таким образом, используя лазер со средней мощностью 450 или 500 мВт, нами изготовлены два варианта АОМ. Полученные АОМ позволили повысить пропускание пластинки GaSe в диапазоне длин волн от 5.5 до 14 мкм по отношению к исходному пропусканию на уровне 62%. При этом максимальное пропускание GaSe на длине волны 8.5 мкм составило 73 %. eng: An important element of wideband laser spectrometer is a nonlinear optical converter that allows tuning in a wide range of wavelengths. The GaSe crystals with space group -62m have an optimum combination of parameters for efficient conversion of optical frequencies in the mid- and far Infrared. However, GaSe has a significant disadvantage associated with high values of refractive index (n_o~2.9), leading to considerable reflection losses. For a polished GaSe plate such losses are about 23% when reflected from one surface and about 38% when reflected multiply from opposite surfaces. To increase the efficiency of NLO converters, it is necessary to reduce these losses. Traditional anti-reflection coating is unacceptable because of problems with adhesion. An alternative approach is to apply anti-reflective microstructures (ARM) on the crystal surface. In present work, for the first time we demonstrated the possibility of applying ARM to one of the surfaces on the GaSe plate by direct single ablation using 513 nm femosecond pulses. Thus, using a laser with average optical power of 450 or 500 mW, we manufactured two versions of ARM. Such ARMs allowed us to improve the plate transparency in the 5.5 to 14 μm compared to initial 62 %. Maximum transmittance is 73% near 8.5 μm.
Ключевые слова:	нелинейно-оптический кристалл; инфракрасный диапазон; пропускание; антиотражающая микроструктура; GaSe; рост кристаллов; селенид галлия; antireflection microstructure; transmission; IR range; Nonlinear optical crystal; crystal growth;
Издано:	2019
Физ. характеристика:	с.454-459
Цитирование:	1. Isaenko L.I., Yelisseyev A.P. Recent study of nonlinear crystals for the mid IR // Semiconductor Science and Technology. - 2016. - 31. - P. 123001. 2. Nikogosyan D.N., Nonlinear optical crystals: A complete survey. - New-York. USA: Springer, 2005. - 428 p. 3. Rahmlow T.D., Lazo-Wasem J.E. Wilkinson S., Tinkler F. Dual-band antireflection coating for the IR // Proc. SPIE. - 2008. - 6940. - P. 69400T. 4. Optical Coating Degradation Problems [Электронный ресурс]. Официальный сайт. http://www.andersonmaterials.com/optical-coating degradation.html. 5. Hobbs D.S., MacLeod B.D., Sabatino E., Hartnett T.M.Gentilman R.L.Laser damage resistant antireflection microstructures in Raytheon ceramic YAG, sapphire, ALON and quartz // Proc. SPIE. - 2011. - 8016. - P. 80160T. 6. Ristau D., Jupe M., Starke K. Laser damage thresholds of optical coating // Thin Solid Films. - 2009. - 518. - P. 1607-1613. 7. Hobbs D.S., MacLeod B.D., Riccobono J.R., Update on the development of high performance antireflecting surface relief micro-structures // Proc. SPIE. - 2007. - 6545. - P. 65450Y. 8. Hobbs D.S., MacLeod B.D., Design fabrication and measured performance of antireflecting surface textures in infrared transmitting materials // Proc. SPIE. - 2005. - 5786. - P. 349-364. 9. Defrance F., Jung-Kubiak C., Sayers J., Connors J. de Young C., Hollister M.I., Yoshida H., Chattopadhyay G., Golwala S.R., Radford J.E. 1.6:1 bandwidth two-layer antireflection structure for silicon matched to the 190-310 GHz atmospheric window // Appl. Opt. - 2018. - 57. - P. 5196-5209. 10. Kokh K.A., Atuchin V.V., Gavrilova T.A., Kozhukhov A., Maximovskiy, Pokrovsky L.D., Tsygankova A.R., Saprykin A.I., Defects in GaSe gtown by Bridgman technique // J. Microscopy. - 2014. - 256, No.3. - P. 208-212. 11. Bereznaya S.A., Korotchenko Z.V., Novikov V.A., Redkin R.A., Sarkisov S.Yu., Atuchin V.V., Formation of native oxide crystallites on GaSe (001) surface// IR Phys. Technol. - 2016. - 76. - P. 126-130. 12. Tarabrin M.K., Bushunov A.A., Lazarev V.A., et al., Fabrication of anti-reflection microstructures on ZnSe single crystals by using femtosecon laser pulses // Frontiers in Optics. - 2017. - JTu2A.20. 13. Tarabrin M.K., Bushunov A.A., Lazarev V.A., et al., Fabrication of broad band antireflection microstructures on ZnSe single crystal for mid-IR applications // Laser Congress. - 2018. - (ASSL) - AM6A.13. 14. Bushunov A.A., Tarabrin M.K., Lazarev V.A. et al. Fabrication of anti-reflection microstructures on chalcogenide crystals by femtosecond laser ablation // Opt. Mater. Express. - 2019. - 9. - P. 1689-1697. 15. Grazhdannikov S.A., Krinitsin P.G., Kurus A.F., Isaenko L.I. Yelisseyev A.P. Molokeev M.S., LiGaTe2 (LFTe) nonlinear crystal: synthesis and crystal growth processes exploration // Material Sci. in Semiconductor Processing. - 2017. - 72. - P. 52-59.