Лазерная модификация и абляция вещества

Иccледование процессов необратимого воздействия лазерного излучения на вещество (лазерное разрушение диэлектриков, импульсная лазерная полимеризация и др.) традиционно является предметом научных исследований в институте. В настоящее время ведутся работы по изучению глубокой модификации вещества, прежде всего полимеров, под воздействием лазерного излучения УФ и видимого диапазонов. Изучение этого круга явлений представляет интерес как с точки зрения фундаментальной науки, так и с точки зрения возможных приложений. Так, использование лазерного излучения для создания в образце из однородного материала областей с разными, например, оптическими или электрическими свойствами представляет интерес для микротехнологий. Основное внимание здесь уделяется экспериментальному и теоретическому исследованию эффектов пространственной локализации процессов модификации за счет возникновения различного рода положительных обратных связей, а также фотомодификации тонких пленок, сопровождающейся поверхностным травлением и/или объемной контракцией. Построена аналитическая теория этих процессов. Экспериментально обнаружены эффект пространственной локализации, обострения, при развитии светотермохимической неустойчивости в полимерной пленке и нелинейный эффект образования сильномодифицированного слоя в полимерной пленке при ее облучении интенсивным УФ лазерным излучением.

В последние годы большой интерес в мире вызывает круг явлений, связанных с лазерной абляцией – удалением (испарением) вещества с поверхности твердого тела при воздействии мощного импульсного лазерного излучения. Работы в этой области ведутся в ИПФ РАН в тесной кооперации с ИОФ РАН, ИТФ РАН и Институтом прикладной физики Университета им. И. Кеплера (г. Линц, Австрия). Основное направление деятельности – создание теории этого явления в широком диапазоне длительностей светового импульса. Построена фотофизическая модель лазерной абляции, учитывающая роль электронно-возбужденных состояний и процессов электронной релаксации и объясняющая ряд экспериментальных фактов. Ведутся работы по последовательному учету роли объемных эффектов и модификации вещества при лазерной абляции диэлектриков. В ИПФ РАН работы по лазерной модификации вещества проводятся в лаборатории 332.

Лазерная абляция является основой применения лазеров в хирургии. В ИПФ РАН ведутся перспективные исследования по применению твердотельных лазеров ИК и УФ диапазонов в офтальмологии. В кооперации с ИХВВ РАН с использованием лазерного томографа продемонстрирована принципиальная возможность проведения операции по удалению пораженного катарактой хрусталика глаза с помощью Er:YAG лазера с одновременным наблюдением за проводимой операцией. Это важно для проведения подобного рода операций с минимальным повреждением окружающих тканей, что позволит заменять поврежденный хрусталик искусственным без потери способности к аккомодации. Совместно с клиникой С.Н. Федорова ведутся работы по использованию твердотельных лазеров УФ (5-я гармоника Nd:YA1O 3 ) и ИК (Er:YAG) диапазонов для проведения операций на роговице глаза по коррекции зрения (лазерная фоторефрактивная кератектомия).

В связи с появлением мощных лазеров, генерирующих световые импульсы фемтосекундной длительности, большой интерес вызывают исследования взаимодействия излучения с веществом в этих экстремальных условиях. Благодаря оснащению отдела сверхбыстрых процессов ИПФ РАН современными мощными фемтосекундными лазерами стало возможным, наряду с проведением теоретических исследований, осуществлять эксперименты по лазерной абляции в новых временных диапазонах. Принципиально новые возможности дают фемтосекундные лазеры в объемной записи информации. В институте ведутся исследования по использованию нелинейных процессов при лазерной модификации прозрачных сред для объемной записи информации.