#P-45

Badanie właściwości spektroskopowych struktur
falowodowych otrzymywanych metodą DLW w szkłach tellurowo-fosforanowych

Magdalena LEŚNIAK¹, Wojciech TALIK², Patryk ZAJĄC¹, Magdalena ZIĄBKA¹, Marta GAJEWSKA¹,
Gloria Lesly JIMÉNEZ Miranda¹, Bartłomiej STARZYK¹, Marcin KOCHANOWICZ³,
Piotr MILUSKI³, Witold ZAWADZKI², Krzysztof DZIERŻĘGA², Dominik DOROSZ¹

¹Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza,
al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków
²Instytut Fizyki im. Mariana Smoluchowskiego, Uniwersytet Jagielloński, ul. prof. St. Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków
³Wydział Elektryczny, Politechnika Białostocka, ul. Wiejska 45D, 15-351 Białystok, Polska

Rozwój ultrakrótkich impulsów laserowych o czasie trwania rzędu femtosekund (fs) otworzył nowe perspektywy w badaniach oddziaływania światła z materią. Jednym z istotnych zastosowań tej technologii jest wykorzystanie promieniowania laserowego do lokalnych modyfikacji struktury materiałów, co w fotonice jest określane jako pisanie laserowe (ang. Direct Laser Writing – DLW). Technika ta umożliwia precyzyjną zmianę współczynnika załamania światła w szkle, indukcję faz krystalicznych oraz tworzenie samoorganizujących się struktur [1,2]. Optymalizacja częstotliwości repetycji lasera femtosekundowego, zazwyczaj przekraczającej 100 kHz, pozwala na generowanie krystalicznych struktur w szkle, co z kolei wpływa na zmianę nieliniowych właściwości falowodów. Ponadto, uporządkowanie otoczenia jonów ziem rzadkich w fazie krystalicznej umożliwia wytworzenie falowodów szklano-ceramicznych o parametrach emisyjnych zbliżonych do aktywnych kryształów.

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań strukturalnych (widma Ramana, SEM-EDS) oraz spektroskopowych (luminescencja) szkła tellurowo‒fosforanowego domieszkowanego jonami erbu po procesie DLW (laser: λ=1030 nm, 230 fs). Przy częstotliwości repetycji lasera fs równej 200 kHz i 330 kHz oraz energii impulsu w zakresie 400–800 nJ, uzyskano szklano-ceramiczne ścieżki zawierające cząstki metalicznego telluru (Te⁰) w układzie trygonalnym (Rys. 1). Na podstawie widm Ramana (Rys. 1) oraz analizy zdjęć SEM/EDS wykazano, że proces DLW prowadzi do zmiany ilości jednostek fosforanowych w strukturze szkła, tj. zmniejszenia liczby jednostek PO₄^3- i wzrostu jednostek PO₃^2-, które stabilizują metaliczny tellur. Obecność Te⁰ przyczyniła się do zwiększenia natężenia emisji jonów erbu dla długości fali ok. 525 nm w porównaniu do szkła niemodyfikowanego, co zostało zaprezentowane na widmach luminescencji
(z konwersją częstości w górę, długość fali światła wzbudzającego λ_exc=1030 nm).

Rys. 1. Widma Ramana i zdjęcie (inset) szkła przed i po DWL

Podziękowania
Praca powstała w wyniku realizacji projektu badawczego o nr 2020/39/D/ST5/02287 finansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki.

Literatura
1. R. Que, et al., How to Crystallize Glass with a Femtosecond Laser, Crystals, 14(7), 606 (2024).
2. D. Tan, et al., Ultrafast Laser Direct Writing in Glass: Thermal Accumulation Engineering and Applications, Laser & Photonics Reviews, 15(9), 2000455 (2021).