| Περίληψη |
Στην παρούσα εργασία περιγράφεται μια τεχνική κατασκευής ανάγλυφων μονοδιάστατων περιοδικών δομών Bragg και δισδιάστατων φωτονικών κρυστάλλων που βασίζεται στη χρήση ολογραφικής συμβολομετρίας λέιζερ. Οι παραπάνω περιοδικές δομές κατασκευάστηκαν σε υποστρώματα από φωσφορικό ύαλο με προσμίξεις σπανίων γαιών (Ερβίου και Υττερβίου) του τύπου IOG-1 (κατασκευαστής Schott-USA). Η κατασκευή των δομών γίνεται μέσω της έκθεσης του ύαλου σε παλμική ακτινοβολία λέιζερ Nd:YAG, μήκους κύματος 213nm, διάρκειας παλμού 150ps και εντάσεων της τάξης των GW/cm2 και την μετέπειτα επιλεκτική εγχάραξη των εκτεθειμένων περιοχών μέσω χημικής εκσκαφής σε κατάλληλο οξύ ή βάση. Αρχικά γίνεται μελέτη της φωτοευαισθησίας του ύαλου IOG-1 στην παλμική ακτινοβολία λέιζερ των 213nm και διερευνώνται οι αλλαγές που προκαλεί αυτή η ακτινοβολία στη δομή του υλικού. Γίνεται χρήση φασματοφωτομετρικών μετρήσεων για το προσδιορισμό και ταυτοποίηση των φασμάτων απορρόφησης που δημιουργούνται μετά την έκθεση. Οι παραπάνω δομικές αλλαγές εναλλακτικά ποσοτικοποιούνται και με την εγγραφή μονοδιάστατων φραγμάτων περίθλασης στον όγκο του ύαλου και την μέτρηση του συντελεστή απόδοσης σκέδασης τους (diffraction efficiency). Επιπροσθέτως, γίνεται εφαρμογή του θεωρητικού μοντέλου των Kramers-Kronig και του εμπειρικού κανόνα του Urbach για να εξετάσουμε αν οι αλλαγές στον συντελεστή απορρόφησης λόγω της έκθεσης στην ακτινοβολία συνδέονται με αλλαγές στον δείκτη διάθλασης, καθώς επίσης και για την αποσαφήνιση του μηχανισμού σχηματισμού ατελειών στον όγκο του υλικού. Ακολούθως, ανάγλυφες περιοδικές δομές σχηματίζονται στην επιφάνεια του ύαλου, με την εφαρμογή μιας «ήπιας» τεχνικής νανο-εκσκαφής μέσω έκθεσης σε ισχυρή ακτινοβολία λέιζερ και ακόλουθης αφαίρεσης των εκτεθειμένων περιοχών μέσω χημικής κατεργασίας με κατάλληλο οξύ ή βάση. Αρχικά, γίνεται χρήση ενός ελλειπτικού συμβολομέτρου δύο δεσμών τύπου Talbot για την εγγραφή μονοδιάστατων περιοδικών δομών, στον όγκο του ύαλου IOG-1, με τη μορφή μιας περιοδικής διαμόρφωσης των οπτικών και δομικών ιδιοτήτων του. Διαλύματα οξέος HNO3 και βάσεως KOH, διαφορετικών μοριακών συγκεντρώσεων εφαρμόζονται στη διαδικασία της υγρής εκσκαφής και συγκρίνονται ως προς τα αποτελέσματά τους. Οι ανάγλυφες δομές που προκύπτουν αξιολογούνται με βάση την απόδοσή τους σε πειράματα σκέδασης, το βάθος τους και την τοπολογία της περιοδικότητας τους, μέσω ατομικής (AFM) και ηλεκτρονικής μικροσκόπιας (SEM). Τέλος, η μέθοδος εφαρμόζεται στην κατασκευή ανάγλυφων δισδιάστατων φωτονικών κρυστάλλων στον ύαλο IOG-1. Η εγγραφή των δομών στον παραπάνω φωσφορικό ύαλο επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός συμβολομέτρου τεσσάρων δεσμών και την έκθεση σε ακτινοβολία 213nm Nd:YAG λέιζερ. Η εκσκαφή των πολυδιάστατων περιοδικών δόμων τελείται με κατάλληλη επιλογή των παραμέτρων της χημικής ανάπτυξης όπως αυτές βελτιστοποιήθηκαν σε προηγούμενες μελέτες. Πειράματα μέτρησης σκέδασης και εικόνες μικροσκοπίας SEM και AFM χρησιμοποιούνται για την περαιτέρω μελέτη των ανάγλυφων δισδιάστατων περιοδικών δομών.
|
Fabrication of 1D and 2D relief Bragg reflectors in rare earth doped phosphate glass by employing holographic laser included structural modification
