УДК546.571 (621.793.79)

МОДИФИКАЦИЯ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ СИЛИКАТНЫХ СТЕКОЛ ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ

Брунов В. С., Подсвиров О. А., Сидоров А. И., Чураев Д. В.


Читать статью полностью 

Аннотация

Представлены результаты экспериментального исследования модификации приповерхностных слоев силикатных стекол при воздействии электронных пучков с энергией электронов 5–50 кэВ и дозой облучения 20–50 мКл/см2. Показано, что при воздействии электронного пучка на стекла при энергии электронов 20–50 кэВ в приповерхностном слое стекла формируется градиентный оптический волновод с увеличением показателя преломления на оси волновода Δn = 0,01–0,04. Скорость химического травления стекла в облученной зоне увеличивается до двух раз, что связано с разрушением сетки стекла. При энергии электронов менее 10 кэВ на поверхности стекол, содержащих серебро, в зависимости от дозы облучения формируется пленка или наночастицы серебра размером менее 20 нм. При энергии электронов 20–50 кэВ и дозе облучения 20–50 мК/см2 происходит растворение в объеме стекла тонких пленок серебра, нанесенных на поверхность стекла. Основными механизмами, приводящими к данным эффектам, являются: разрыв химических связей пространственной сетки стекла энергичными электронами, формирование области отрицательного объемного заряда в стекле и полевая миграция положительных ионов металла в область отрицательного объемного заряда. Полученные результаты могут быть использованы для создания устройств фотоники, интегральной оптики и наноплазмоники.


Ключевые слова: электронное облучение, оптический волновод, пленка серебра, наночастицы серебра, плазмонный резонанс

Список литературы
1.     Engheta N., Salandrino A., Alu A. Circuit elements at optical frequencies: nanoinductors, nanocapacitors, and nanoresistors // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 95. N 9. Art. N 095504.
2.     Ams M., Marshall G.D., Dekker P., Dubov M., Mezentsev V.K., Bennion I., Withford M.J. Investigation of ultrafast laser–photonic material interactions: challenges for directly written glass photonics // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics. 2008. V. 14. N 5. P. 1370–1388.
3.     Qiu J., Miura K., Hirao K. Femtosecond laser-induced microfeatures in glasses and their applications // Journal of Non-Crystalline Solids. 2008. V. 354. N 12–13. P. 1100–1111.
4.     Quaranta A., Cattaruzza E., Gonella F. Modeling the ion exchange process in glass: Phenomenological approaches and perspectives // Materials Science and Engineering B. 2008. V. 149. P. 133–139.
5.     Gallagher J.G., de la Rue R.M. Single-mode stripe optical waveguides formed by silver ion exchange // Electronics Letters. 1976. V. 12. N 16. P. 397–398.
6.     Femtosecond laser micromachining: Photonic and microfluidic devices in transparent materials / Eds R. Osellame, G. Cerullo, R. Ramponi. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2012. 483 p.
7.     Tervonen A., West B.R., Honkanen S. Ion-exchanged glass waveguide technology: a review // Optical Engineering. 2011. V. 50. N 7. Art. N 071107.
8.     Stepanov A.L. Modification of implanted metal nanoparticles in dielectrics by high-power laser pulses // Reviews on Advanced Materials Science. 2003. V. 4. N 2. P. 123–138.
9.     Завестовская И.Н. Лазерное наноструктурирование поверхности материалов // Квантовая электроника. 2010. Т. 40. № 11. С. 942–954.
10.Образцов П.А., Нащекин А.В., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Панфилова А.В., Брунков П.Н. Формирование наночастиц серебра на поверхности силикатных стекол после ионного обмена // ФТТ. 2013. T. 55. № 6. С. 1180–1186.
11.Игнатьев А.И., Нащекин А.В., Неведомский В.М., Подсвиров О.А., Сидоров А.И., Соловьев А.П., Усов О.А. Особенности формирования наночастиц серебра в фототерморефрактивных стеклах при электронном облучении // ЖТФ. 2011. T. 81. № 5. С. 75–80.
12.Podsvirov O.A., Ignatiev A.I., Nashchekin A.V., Nikonorov N.V., Sidorov A.I., Tsekhomskii V.A., Usov O.A., Vostokov A.V. Modification of Ag containing photo-thermo-refractive glasses induced by electron-beam irradiation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B. 2010. V. 268. N 19. P. 3103–3106.
13.Подсвиров О.А., Сидоров А.И., Цехомский В.А., Востоков А.В. Формирование нанокристаллов меди в фотохромных стеклах при электронном облучении и термообработке // ФТТ. 2010. Т. 52. № 9. С. 1776–1779.
14.Sidorov A.I., Nashchekin A.V., Nevedomsky V.N., Usov O.A., Podsvirov O.A. Self-assembling of silver nanoparticles in glasses under electron beam irradiation // International Journal of Nanoscience. 2011. V. 10. N 6. P. 1265–1268.
15.Климов В.В. Наноплазмоника. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 480 с.
16.Kriebig U., Vollmer M. Optical properties of metal clusters. Berlin: Springer-Verlag,1995. 532 p.
17.Nikonorov N.V., Sidorov A.I., Tsekhomsky V.A. Silver nanoparticles in oxide glasses: Technologies and properties // Silver Nanoparticles / Ed. D.P. Perez. Vukovar: In-Tech, 2010. P. 177–201.
18.Справочник технолога-оптика / Под ред. С.М. Кузнецова, М.А. Окатова. Л.: Машиностроение, 1983. 414 с.
Информация 2001-2017 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика