МИКРОСТРУКТУРНОЕ И СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ МИКРО- И НАНО-СТРУКТУР, ВОЗНИКАЮЩИХ НА ПОВЕРХНОСТИ АМОРФНОГО И КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КВАРЦА ПРИ РЕЗОНАНСНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ИЗЛУЧЕНИЯ СО ₂ ЛАЗЕРА

Прослежена связь между процессом образования рельефа периодических структур и структурными изменениями, происходящими на поверхности при условии резонансного взаимодействия лазерного излучения с веществом. Образующиеся поверхностные дефекты исследованы методами оптической микроскопии, атомно-силовой микроскопии (АСМ), а также методом инфракрасной (ИК) спектроскопии. В качестве объектов использованы образцы кристаллического и аморфного кварца, облученные импульсным СО ₂ лазером. Длительность импульса составляла 70 нм, энергия в импульсе - 1 Дж для одномодового и 210 мДж для многомодового режимов. В результате проведенных исследований было обнаружено возникновение двух типов поверхностных периодических структур - микронных с порогом возникновения 5,2 Дж/см ² и наноструктур с периодом 100-150 нм, и порогом возникновения 40 Дж/см ². При одномодовом и многомодовом режиме воздействия (поток энергии соответственно 40 и 48 Дж/см ²) возникают наноструктуры глубина рельефа которых зависит от частоты лазерного воздействия. В одномодовом режиме эти наноструктуры имеют меньшую глубину. Формирование рельефа на поверхности связано с интенсивной абляцией в области максимума стоячей волны, образованной в результате интерференции падающей и поверхностной электромагнитной волны, возникающей в резонансной поглощающей среде.

MICROSTRUCTURE AND SPECTROSCOPIC STUDY OF PERIODIC MICRO- AND NANO-STRUCTURES THAT OCCUR ON THE SURFACE OF AMORPHOUS AND CRYSTALLINE SILICA UNDER RESONANCE RADIATION CO ₂-LASER

At present great attention is paid to the phenomenon of quasiperiodic structures on the surface of solid materials under action of pulse laser radiation in visible and near infrared range. Forming nanostructures modify physico - chemical properties of the surface, which is of great interest for many technologies. This work was traced a link between the process of formation of the relief of periodic structures and structural changes occurring on the surface, provided the resonant interaction of laser radiation with matter. The resulting surface defects was studied by the methods of optical microscopy, atomic force microscopy (AFM), method of infrared (IR) spectroscopy. As objects used samples of crystalline and amorphous quartz irradiated by pulsed CO ₂ laser. The pulse duration was 70 nm, pulse energy of 1J for single-mode and 210 MJ for multimode regimes. In the result of the researches it was found appearance of the two types of surface periodic structures - micron with a threshold of occurrence of 5.2 J/cm ² and nanostructures with a period of 100-150 nm, and a threshold of occurrence 40 J/cm ². In single-mode and multimode impacts (energy flow, respectively, 40 and 48J/cm ²) occur nanostructures depth of the relief which depends on the frequency of laser irradiation. In a single-mode regime of these nanostructures have less depth. The formation of the relief on the surface is connected with intensive ablation in the field of high standing wave, formed in the result of interference of the incident and surface electromagnetic waves arising in resonance absorbing medium.