Atominio storio sluoksnių nusodinimas (Atomic Layer Deposition ALD)

Optinių dangų laboratorijoje 2017 metais pradėti eksperimentiniai tiriamieji darbai įsisavinant atominio storio sluoksnių nusodinimo – ALD technologiją. Ši technologija užtikrina aukštos kokybės, stabilią, atsikartojančią plonų sluoksnių struktūrą ant įvairių 2D ir 3D paviršių, kurių gabaritai gali būti nuo 1-2 m iki nano struktūrų tokių kaip nanosiūlai, nanovamzdeliai. Pastaraisiais metais, pradėjo augti susidomėjimas ALD taikymo galimybėmis optinių dangų gamyboje, kur iki šiol vyravo fizinio garų nusodinimo technologijos (terminis garinimo, jonapluoštis ir magnetroninis dulkinimas). ALD technologijos taikymas ypatingai aktualus sprendžiant sudėtingos struktūros (mažo kreivumo radiuso, daugiabriaunių prizmių, gardelių ir kt.), mažų matmenų (1-3 mm ir mažiau), optinių komponentų dengimo optinėmis dangomis problemas.

Optinių elementų charakterizavimas lazerine spinduliuote

Sparčiai tobulėjant lazerinėms technologijoms vis labiau kyla ir reikalavimai optiniams elementams. Jie turi pasižymėti ne tik sudėtingomis ir tiksliomis spektrinėmis savybėmis, bet ir aukštu atsparumu lazerio spinduliuotei.

Tokių optinių dangų charakteristikų tyrimams laboratorijoje 2016 metais buvo sukurtas automatizuotas lazerinis stendas.

Pagrindiniai šiuo metu vykdomi tyrimai:

1. Optinių elementų atsparumas lazerio spinduliuotei (pagal ISO-11254 standartą, bei modifikuotą mikrofokusuojant). Defektų įtaka optiniam atsparumui. Dangos kokybės įvertinimas pagal pažaidos morfologiją.
2. Veidrodžių atspindžio koeficientų įvertinimas naudojantis CRD metodiką įvairiems pluošto kritimo kampams ir poliarizacijai.
3. Optinių elementų paviršių sklaidos skirstinio („žemėlapio“) fiksuotu kampu nustatymas.

Kontroliuojamos dispersijos dangos ultratrumpų impulsų trukmės valdymui

Ultratrumpų impulsų generacijos procese svarbu efektyviai kompensuoti pluošto kelyje per medžiagą sukauptą teigiamą dispersiją. Šiam tikslui pasiekti vis dažniau naudojami čirpuoti veidrodžiai, gebantys dėl pluošto skirtingo įsiskverbimo gylio ir rezonansinių efektų sukurti anomalią dispersiją tokiose optinėse dangose. Pagrindiniai šioje tematikoje sprendžiami uždaviniai:

1. Čirpuotų veidrodžių optinio atsparumo ultratrumpiesiems lazeriniams impulsams didinimas.
2. Pasiekti ypač dideles grupinio vėlinimo dispersijos (GVD ~ 10 000 fs²) čirpuotų dangų impulsų spūdos charakteristikas.
3. Sumažinti sistemų iš plataus spektro čirpuotų veidrodžių porų GVD osciliacijas.

Išskirtinių parametrų optinės dangos

Ekstremalių parametrų optinėms bei lazerinėms sistemos reikalingi išskirtinai aukštų parametrų optiniai elementai. Optinių dangų laboratorijoje vystomi moksliniai tyrimai šiose parametrų grupėse:

1. Kompensuotų vidinių įtempių dangos su aukštu paviršiaus plokštiškumu.
2. Ypač aukšto atsparumo lazerinei spinduliuotei dangos (LIDT ~ 100 J/cm² @1064 nm).
3. Dangos su labai maža sklaida ir sugerties nuostoliais (<1-10 ppm @ 532-1064 nm).

Garinimo kampu technologija (GLAD)

Garinant GLAD technologija galima keisti ir kontroliuoti kampą tarp garų srauto ir pagrinduko paviršiaus. Tokiu būdu daugiasluoksnėse dangose galima gauti skirtingą individualių sluoksnių porėtumą ir struktūrą. Ši technologija labai aktuali dielektrinių veidrodžių ir skaidrinančių dangų formavimui naudojant tik SiO₂ medžiagą, kadangi tokios dangos pasižymi ypač aukštu atsparumu lazerinei spinduliuotei lyginant su standartinėmis dangomis. GLAD metodika taip pat galima suformuoti daugiasluoksnes struktūras, kurios veikia kaip fazinės plokštelės arba nulio laipsnių kampo poliarizatoriai.

Optinių dangų laboratorijoje formuojamos ir tiriamos skulptūrinės dangos ir iš kitų medžiagų (SiO₂, LaF₃, Al₂O₃ ir kt.). Formuojant tokius sluoksnius ant nanostruktūrizuotų paviršių aptinkamos ir tiriamos unikalios tokių dangų savybės.

Optinių pagrindų skirtų ypač didelio atsparumo optinėms dangoms paruošimas ir tyrimai.

Poliruoti lydyto kvarco (FS) pagrindai pasižymi popaviršinių defektų sluoksniu, kuris absorbuoja lazerinę spinduliuotę ir mažina jų optinį atsparumą. Vykdomi tyrimai siekiant pašalinti šį popaviršinių defektų sluoksnį, naudojant ėsdinimą argono bei deguonies plazma. Pagrindinės tyrimų užduotys:

1. Plazmos parametrų bei ėsdinimo gylio įtakos pagrindų paviršiaus šiurkštumui bei optiniam atsparumui tyrimai.
2. Plazma ėsdintų pagrindų dengimas skaidrinančiomis dangomis, poliarizatoriams ir spektro dalikliams, bei jų atsparumo lazerio impulsams tyrimai.

Optinių dangų su ultra-plonais metaliniais sluoksniais formavimas ir tyrimai.

Optiniai komponentai paprastai gaminami optinius pagrindukus dengiant dielektrinių sluoksnių dangomis. Siekiant sukurti optines dangas su unikaliomis savybėmis dielektrinių dangų formavimas gali būti papildomas ir metaliniais (Au, Ag, Cu ir kiti) sluoksniais. Priklausomai nuo nusodinto metalinio sluoksnio storio, jis gali būti ištisinis arba ultra-plonas – sudarytas iš salelių. Sluoksnio auginimo pradžia labai priklauso nuo pagrinduko paruošimo sąlygų ir dengimo proceso technologinių parametrų. Susidariusios metalinės salelės įtakoja netiesinius optinius reiškinius, tokius kaip lokalizuotų paviršinių plazmonų susidarymas. Dėl to atsiranda tam tikro bangos ilgio diapazono sugertis dangoje. Šis efektas išnyksta kai salelės susilieja sudarydamos ištisinį metalinį sluoksnį.

Tiksliai kontroliuojant ultra-plonų metalinių sluoksnių formavimo parametrus galima gauti tiek ištisinius tiek salelių sluoksnius. Tokių sluoksnių savybės gali būti plačiai pritaikomos plačiakampių ar plačiajuosčių pluošto daliklių, jutiklių, absorberių ir saulės elementų gamyboje.