К настоящему времени модификация материалов методом лазерной записи уже достаточно хорошо изучена [1–3]. Тем не менее, остается достаточно много фундаментальных задач, которые еще не решены. В частности, миграция ионов в фокальной области лазерного излучения может приводить к локальному изменению состава и структуры материала, что оказывает большое влияние на изменение показателя преломления модифицированной области [1]. Таким образом, целью данной работы являлось изучение влияния состава стекол на лазерно-индуцированную миграцию ионов щелочных металлов. Для достижения данной цели были сформулированы задачи по синтезу щелочных ниобофосфатных и ниобосиликатных стекол и исследованию результатов локальной модификации данных стекол под воздействием фемтосекундных лазерных импульсов.
Для решения поставленных в работе задач синтезировались и исследовались как фосфатные, так и силикатные стёкла, содержащие такие щелочные металлы как литий, натрий и калий. Для модификации использовался фемтосекундный лазер, перестраиваемы по длине волны генерации. Работа направлена на сравнение результатов исследования модифицированных образцов фосфатных и силикатных стёкол вида Me[Li,Na,K]-[P2O;SiO2]-Nb2O5. Это позволяет понять отличие процесса миграции ионов щелочных металлов в силикатных и фосфатных стёклах, тем самым систематизировав и дополнив уже известные экспериментальные данные по данной тематике. Лазерная запись с использованием ультракоротких импульсов открывает широкие возможности в создании разнообразных оптических материалов [4]. У данной методики есть ряд существенных плюсов, главный из которых – это скорость локального нагрева и охлаждения, которые могут приводить к появлению неравновесных фазовых переходов. Материалы, полученные данным методом либо очень сложно получить в обычных лабораторных условиях, либо невозможно. Очень быстрое охлаждение стекла в фокальной области приводит к зарождению пред-кристаллических фаз, что в теории может привести к образованию материалов, содержащих в своём составе кристаллы, такие как ниобат лития [5]. Метод прямой записи фемтосекундным лазерным излучением является в данный момент одним из наиболее перспективных, так как он позволяет создать описанные выше эффекты с наименьшими затратами в объёме стекла, получив таким образом элементы фотоники с нелинейными свойствами. Этот метод так же позволяет упростить некоторые существующие методы, такие как двухэтапное получение нанокристаллов фторида натрия [6]. Метод прямой записи может сделать этот процесс одностадийный [7,8]. Щелочные металлы (литий, натрий и калий) использовались для допирования стекол благодаря их высокой подвижности и эффективной диффузии при лазерном облучении, подвижность ионов этих металлов увеличивается в ряду K-Na-Li [9].
Данная работа направлена на изучение миграции ионов щелочных металлов в силикатных и фосфатных системах с ниобием по результатам исследования влияния состава стекол на эффективность лазерной модификации.
• Синтезированы ниобофосфатные и ниобосиликатные стекла с различным содержанием ионов щелочных металлов.
• Исследованы физико-химические свойства синтезированных стекол. Структурные особенности изучались методом спектроскопии комбинационного рассеяния света с пространственным разрешением 1 мкм.
• Лазерно-индуцированная модификация стекол, в основном обусловленная за счет миграции щелочных ионов, демонстрирует разную эффективность для ниобофосфатной и ниобосиликатной матриц, несмотря на схожую модель структуры данных стекол. Миграция в фосфатных стеклах происходи более эффективно.
• Фосфатные стёкла демонстрируют более высокую способность к перераспределению компонентов стекла под воздействием лазерного излучения, что демонстрируется по более широким волноводам, а также изменению полос КРС, соответствующих колебаниям соответствующих структурных единиц стекол.
• Изменение показателя преломления под воздействием фемтосекундных лазерных импульсов в ниобофосфатных стеклах достигает значения 0.049, а в ниобосиликатных – 0.03.
• Измеренные значения показателя микротвердости показывают преимущество силикатных стёкол по сравнению с фосфатными в плане прочности, но это же ведёт к проблеме с меньшей способностью к диффузии ионов щелочных металлов.
