Микро/нано-структурирование и нелинейно-оптическая диагностика материалов с помощью фемтосекундного лазерного излучения и атомно-силовой микроскопии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правах рукописи

ЯШУНИН Дмитрий Александрович

МИКРО/НАНО-СТРУКТУРИРОВАНИЕ И НЕЛШ1ЕЙНО-ОПТИЧЕСКЛЯ ДИАГНОСТИКА МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ФЕМТОСЕКУИДНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И АТОМИО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

01.04.21 - лазерная физика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени' кандидата физико-математических наук

2 9 ИЮЛ 2015

(ижний Новгород - 2015

005571020

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки (ФГБУН) Институте прикладной физики Российской академии наук (г. Нижний Новгород)

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Степанов Андрей Николаевич, ФГБУН Институт прикладной физики РАН

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Жаров Александр Александрович, ФГБУН Институт физики микроструктур РАН;

кандидат физико-математических наук, Майдыковский Антон Игоревич, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова»

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского»

Защита состоится «19» октября 2015 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 002.069.02 при ФГБУН Институте прикладной физики РАН, расположенном по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ульянова, д. 46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной физики РАН.

Автореферат разослан » ¿>7^ 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор

Ю. В. Чугуиов

Актуальность работы

Одной из ключевых проблем современных технологий является миниатюризация производимых устройств. Для создания новейших компактных устройств необходимо разрабатывать новые методы формирования и диагностики структур с размерами, лежащими в микро- и нанометровом диапазонах. Важным направлением в данных областях исследований является применение оптических методов, основанных на использовании фемтосекундных лазерных импульсов и методов атомно-силовой микроскопии, которые позволяют достичь высокого пространственного разрешения и реализовать нелинейные механизмы диагностики и формирования структур.

Большое распространение в области микроструктурирования прозрачных оптических сред получило использование фемтосекундного лазерного излучения для создания пассивных устройств фотоники и микрофлюидики [1]. Наиболее известным и хорошо изученным режимом лазерного микроструктурирования является многоимпульсное воздействие при острой фокусировке фемтосекундного излучения вглубь материала микроскопическими объективами. В качестве материала для лазерного микроструктурирования широко применяется плавленый кварц, благодаря своей доступности и оптической прозрачности вплоть до ультрафиолетового диапазона длин волн. Лазерное микроструктурирование плавленого кварца в многоимпульсном режиме воздействия хорошо исследовано и позволяет создавать волноведущие микроканалы с изотропным и анизотропным распределениями показателя преломления [1], брэгговские волноводы [2], трехмерные волноведущие структуры, такие как оптические разветвители [3]. Кроме этого, изучалось также селективное травление модифицированного фемтосекундным лазерным излучением вещества плавленого кварца в растворах плавиковой кислоты НР [4] и гидроксида калия КОН [5], которое позволяет создавать сложные микрофлюидные структуры, востребованные в областях биохимической и медицинской диагностики.

Несмотря на большие успехи в области фемтосекундного лазерного микроструктурирования плавленого кварца, скорость обработки материала в режиме обычного многоимпульсного воздействия ограничивается частотой повторения импульсов лазерной системы. Одним из альтернативных подходов к формированию микроканалов в оптических средах является использование фемтосекундных бесселевых пучков, при помощи которых за один лазерный импульс были получены протяженные микроструктуры в толще стекла [6]. Полученные при использовании фемтосекундных бесселевых пучков микроструктуры могут быть селективно протравлены в растворе плавиковой кислоты для получения микрокапилляров с аспсктными соотношениями до 1:50 [7]. Однако механизмы формирования микроканалов, созданных в одноимпульс-ном режиме воздействия бесселевыми пучками, их оптические свойства и возможности создания микрофлюидных структур с высоким аспектным соотношением при травлении в НР и КОН остаются неисследованными.

3

Фемтосекундное лазерное излучение успешно применяется также в области нелинейно-оптической диагностики наноразмерных объектов, в частности, металлических наноструктур, которые представляют большой интерес для современных приложений нанотехнологий благодаря своим уникальным оптическим свойствам. Эти свойства определяются коллективными колебаниями электронов в зоне проводимости - резонансами поверхностных плаз-монов, которыми можно управлять с помощью размера, формы наиочастиц и расстояния между ними [8]. Нелинейные оптические отклики, такие как генерация второй гармоники и двухфотонная люминесценция, очень чувствительны к эффектам локального усиления поля и резонансам поверхностных плазмонов наиочастиц, и поэтому эффективно используются для исследования металлических наноструктур. Так, с помощью методов генерации второй гармоники и двухфотонной люминесценции проведены большие циклы работ по исследованию свойств золотых и серебряных наиочастиц в коллоидных растворах [9, 10] и на поверхностях [11, 12]. Было продемонстрировано, что отклик второй гармоники крайне чувствителен к форме, размеру и покрытию металлических наиочастиц, а отклики многофотонной люминесценции могут быть использованы для визуализации ближних полей наиочастиц и их кластеров [11, 13, 14].

Диагностические возможности фсмтосекундного лазерного излучения могут быть существенно расширены при объединении его с атомно-силовой микроскопией. Комбинация фсмтосекундного лазерного излучения и атомно-силового микроскопа (АСМ) представляет собой безапертурный сканирующий ближнепольный оптический микроскоп, позволяющий исследовать оптические отклики наноструктур с разрешением, превосходящим дифракционный предел. Принцип действия безапертурного сканирующего ближнеполь-ного оптического микроскопа основан на детектировании рассеянного излучения от зонда обычного атомно-силового микроскопа, находящегося в непосредственной близости от облучаемой лазерным излучением поверхности исследуемого образца.

Обычно при рассмотрении задач ближнеполыюго взаимодействия зонда с образцом различают два предельных режима взаимодействия: режимы слабого и сильного взаимодействия [15]. В первом случае зонд слабо влияет на распределение ближних полей изучаемого объекта и может быть использован в качестве локального рассеивателя для визуализации амплитуды и фазы ближних полей [15, 16]. Во втором случае сильное взаимодействие приводит к локальному усилению поля в зазоре между образцом и иглой, и итоговый оптический отклик системы определяется в результате сложного взаимодействия [15, 17]. Этот режим наиболее труден для реконструкции оптических свойств исследуемого объекта по результатам экспериментальных измерений. Несмотря на большое число работ, посвященных использованию безапертур-ной сканирующей ближнеполыюй оптической микроскопии для нелинейной диагностики, задача генерации двухфотонной люминесценции при ближне-

полыюм взаимодействии проводящих зондов АСМ с металлическими наноструктурами решена не полностью. В частности, в работе [18] с помощью золотой иглы АСМ исследовались распределения ближних полей вблизи ди-меров золотых наночастиц, но только в режиме слабого взаимодействия.

Кроме ближнеполыюй визуализации и спектроскопии нанообъектов игла АСМ, облучаемая непрерывным или импульсным лазерным излучением, может быть использована для формирования наноструктур на поверхностях [19]. Образование наноструктур при облучении иглы АСМ лазерными импульсами может происходить из-за абляции материала усиленным на острие лазерным полем [20] или механического воздействия, которое оказывает термически удлиненный зонд на образец [21]. В частности, в работе [21] исследовались механизмы формирования наноструктур на поверхности различных материалов иглой АСМ, облучаемой фемтосскундными лазерными импульсами. При проведении исследований было выяснено, что основным механизмом образования наноструктур является нагрев иглы поглощенным лазерным излучением, ее термическое уширенис и ударное воздействие на поверхность. Важную роль может играть и чисто механическое воздействие иглы на некоторые относительно мягкие материалы. Детали такого взаимодействия иглы и поверхности материала на наномасштабах весьма разнообразны и оставляют простор для дальнейших исследований в этом направлении.

Цслыо диссертационной работы является формирование микро- и наноструктур в прозрачных оптических средах и в полимерных пленках, а также нелинейно-оптическая диагностика объемных и поверхностных наноструктур с использованием атомно-силовой микроскопии и фемтосекундного лазерного излучения. В связи с заявленной целью работа была направлена на решение следующих задач:

1. Двумерная нелинейно-оптическая визуализация золотых наночастиц, расположенных на поверхности образца, при их ближнепольном взаимодействии с острием проводящей иглы атомно-силового микроскопа, облучаемой фемтосскундным лазерным излучением.

2. Выявление роли наноструктурирования полимерных пленок иглой атомно-силового микроскопа при механическом воздействии в режиме больших прижимных сил в задаче формирования наноструктур при облучении иглы АСМ фемтосскундным лазерным излучением.

3. Исследование особенностей генерации второй гармоники и двухфотон-ной люминесценции коллоидным раствором сферических золотых наночастиц при перестройке длины волны возбуждающего фемтосекундного излучения.

4. Исследование оптических свойств и химического травления микроканалов, сформированных в плавленом кварце с помощью аксиконной фокусировки фемтосекундного лазерного излучения.

Научная новизна

1. Впервые проведено экспериментальное исследование и численное FDTD моделирование распределений сигнала двухфотонной люминесценции при сканировании облучаемой фемтосекундными лазерными импульсами проводящей иглой атомно-силового микроскопа поверхности с расположенными на ней золотыми наночастицами.

2. По итогам исследований наноструктурирования поверхностей при механическом воздействии иглы АСМ, облучаемой фемтосекундными лазерными импульсами, было продемонстрировано формирование выпуклых наноструктур на поверхности позитивного фоторезиста ФП-9120-2 в режиме адгезионного растяжения при механическом воздействии кремниевой иглы АСМ и больших прижимных силах (F = 150-1500 нН).

3. Проведено экспериментальное исследование поляризационных и спектральных характеристик откликов второй гармоники и двухфотонной люминесценции коллоидного раствора сферических золотых наночасгиц при перестройке длины волны возбуждающего фемтосекундного излучения в широком диапазоне (980-1300 нм).

4. Продемонстрировано формирование в плавленом кварце протяженных микроканалов с анизотропными волноведущими свойствами при одноим-пульсном воздействии фемтосекундными бесселевыми пучками, полученными при аксиконной фокусировке.

5. При химическом травлении созданных микроканалов в водных растворах плавиковой кислоты HF и гидроксида калия КОН получены полые вол-новедущие микрокапилляры с оптически гладкими стенками длиной до 15 мм и высоким аспсктным отношением, достигающим 1:250.

Научная и практическая значимость диссертации

Результаты представленной диссертационной работы имеют как научное, так и практическое значение.

Механизм формирования наноструктур на поверхности полимерных пленок иглой АСМ в режиме сильного адгезионного растяжения может быть использован для создания фотонных структур.

Результаты экспериментального и теоретического исследования нелинейно-оптических откликов металлических наноструктур могут быть использованы для расширения диагностических возможностей АСМ, в частности, диагностики формы изучаемых нанообт.ектов.

Сформированные в плавленом кварце с помощью фемтосекундных бесселевых пучков волноведущие микроканалы и химического травления созданных структур микрокапилляры могут быть использованы для создания устройств фотоники и оптофлюидики.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Двумерные пространственные распределения нелинейно-оптического сигнала при сканировании проводящей иглой атомно-силового микроскопа золотых наночастиц на поверхности, облучаемых фемтосекундными лазерными импульсами, содержат в себе информацию о форме и ориентации исследуемых наночастиц. Эта информация может быть извлечена путем сопоставления экспериментальных результатов с рассчитанными распределениями сигнала двухфотонной люминесценции для известных нанообъектов.

2. На поверхности полимерных пленок при механическом воздействии иглы ЛСМ, облучаемой фемтосекундными лазерными импульсами, и больших прижимных силах (150-1500 нН) возможно как образование углублений, вызванных превышением давления, вызываемого иглой, предела пластичности материала (полимстилметакрилат, полистирол), так и выпуклых наноструктур (позитивный фоторезист ФП-9120-2), появление которых связано с сильным адгезионным растяжением, превосходящим предел прочности фоторезиста на растяжение.

3. Нелинейно-оптический сигнал, вызываемый генерацией второй гармоники и двухфотонной люминесценции из коллоидного раствора золотых наночастиц сферичной формы с диаметром 50±7 нм, может определяться ди-мерами (агрегированными наночастицами) с концентрацией в несколько процентов от общего числа частиц. Вывод об источнике нелинейно-оптического сигнала может быть сделан из анализа измерений поляризационных и спектральных характеристик сигнала при перестройке длины волны возбуждающего фемтосекундного лазерного излучения в диапазоне 980-1300 нм.

4. При воздействии сфокусированного аксиконом фемтосекундного лазерного излучения (длительность импульса 60 фс, энергия импульса до ЮмДж) в плавленом кварце возможно образование протяженных микроканалов модифицированного вещества длиной до 15 мм с анизотропными вол-новедущими свойствами. Анизотропное положительное изменение показателя преломления в микроканалах (величиной 1-510"4) вызвано асимметрией остаточных механических напряжений в материале.

5. В результате селективного травления микрокайалов, сформированных при аксиконной фокусировке фсмтосекундных лазерных импульсов в плавленом кварце, в водных растворах плавиковой кислоты ДО и гидроксида калия КОН возможно получение полых волноведущих микрокапилляров с оптически гладкими стенками длиной до 15 мм и высоким аспектным отношением, достигающим 1:250.

Достоверность

Представленные в диссертации результата были получены с учетом сравнения опубликованных научных работ других экспериментальных и теоретических групп. В экспериментах использовались хорошо апробированные

методики на сертифицированном оборудовании. Для некоторых (например, интерфсрометричсских) исследований были созданы отдельные экспериментальные стенды. Псе полученные результаты обладают высокой степенью достоверности и являются обоснованными. Подтверждением этого служит согласие аналитических и расчетных данных с результатами, полученными в экспериментах. Основные положения диссертации опубликованы в ведущих российских и зарубежных журналах, неоднократно докладывались на международных и всероссийских конференциях и обсуждались на семинарах в ИПФ РАН.

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертационной работе оригинальные результаты получены автором лично, либо при его непосредственном участии. Автор участвовал в проведении экспериментов, постановке задач, проводил обработку экспериментальных данных и интерпретацию результатов. Научный руководитель А. 11. Степанов ставил общие задачи, определял основные направления исследований, участвовал в проведении экспериментов и интерпретации полученных результатов. А. II. Александров и Н. М. Битюрин предоставили полимерные образцы для исследования формирования наноструктур с помощью механического воздействия иглы АСМ на поверхность. А. М. Киселев проводил настройку фемтосекундного генератора. Численное моделирование ближнсиолыюго взаимодействия иглы АСМ с золотой наночасгицей было проведено совместно с Н. В. Ильиным. Интерпретация экспериментальных и численных результатов по генерации двухфотонной люминесценции при сканировании иглой АСМ золотых наночастиц на поверхности проводилась совместно с А. И. Смирновым и Н. В. Ильиным. Эксперименты по генерации второй гармоники и двухфотонной люминесценции коллоидным раствором золотых наночастиц проводились совместно с А. И. Корытиным. В обсуждении теории по генерации второй гармоники золотой наночастицей сферической формы участвовали Л.И.Смирнов и Н.В.Ильин. Е. Ю. Ладилина и В. Н. Буренина оказывали помощь в приготовлении аминированных поверхностей покров пых стекол для равномерного нанесения наночастиц на поверхность. Эксперименты по формированию и химическому травлению микроканалов в плавленом кварце проводились совместно с Ю. А. Мальковым.

Публикации и апробации результатов

Изложенные в диссертации результаты обсуждались на семинарах отделения нелинейной динамики и оптики ИПФ РАН.

Основные результаты и положения работы доложены на международных конференциях: International Conference on Transparent Optical Networks (1CTON, 2011, г. Стокгольм, Швеция, 2014, г. Грац, Австрия), International Conference on Coherent and Nonlinear Optics/ Lasers, Applications, and Technol-

ogies (ICONO/LAT, 2013, г. Москва), Laser Optics (2010, 2012, г. Санкт-Петербург), International Summer School on Application of Scanning Probe Microscopy in Life Sciences, Soft Matter and Nanofabrication (2014, г. Ольборг, Дания), на международных симпозиумах: Нанофизика и наноэлектроника (2010, 2011, 2013, 2015, г. Нижний Новгород), на российском симпозиуме: Проблемы физики ультракоротких процессов в силыюнеравновесных средах (2011, г. Новый Афон), на конференциях молодых ученых, проводимых в Нижнем Новгороде и области: Нелинейные волны (2012, г. Бор), Нижегородская сессия молодых ученых (2010, г. Семенов).

По теме диссертации опубликованы 3 статьи в реферируемых российских и зарубежных научных журналах, а также 15 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 157 источников. Работа изложена на 109 страницах машинописного текста, включает I таблицу и 60 рисунков.

Краткое содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность выбранной тематики исследований диссертационной работы, определена цель, сформулированы положения, выносимые на защиту, приведена структура диссертационной работы и ее краткое содержание.

Первая глава посвящена нелинейно-оптической диагностике золотых наноструктур при сильном ближнепольном взаимодействии с проводящей иглой АСМ, облучаемой фемтосекундным лазерным излучением.

В параграфе 1.1 приведены описание эксперимента и результаты измерений пространственных распределений сигнала двухфотонной люминесценции при сканировании покрытой золотом кремниевой иглой АСМ золотых наночастиц на поверхности, облучаемых фемтосекундными лазерными импульсами. Излучение Ti:Sa лазера (длина волны X » 800 нм, длительность импульсов т » 50 фс, частота следования импульсов /«80 МГц) фокусировалось иммерсионным объективом снизу на верхнюю поверхность покровного стекла с золотыми наночастицами размером 45нм*65нм. Пиковая интенсивность излучения в фокусе по оценкам составляла около 5x109 Вт/см2. Рассеянный нелинейно-оптический сигнал от образца и иглы АСМ собирался тем же самым объективом и поступал на вход системы счета фотонов. Приемная система позволяла регистрировать спектральный диапазон 350-630 нм. Сначала золотые наночастицы устанавливались в фокус облучающего пучка. Затем в контактном режиме проводилось сканирование покрытой золотом иглой АСМ (радиус острия 35 нм) поверхности покровного стекла с наночастицами в пределах фокального пятна, для каждого положения зонда записывалась

величина сигнала со счетчика фотонов. В результате удалось получить двумерное распределение двухфотонной фотолюминесценции при различных взаимных расположениях иглы ЛСМ и золотых наночастиц в фокусе пучка вместе с топографией (рис. 1, а). На распределении двухфотонной люминесценции (рис. 1, б) хорошо различимы две яркие области вблизи золотой наночастицы, связанные с усилением падающего на иглу и частицу светового поля. Характерный размер этих двух областей составил около 60 и 30 нм (РШНМ) соответственно.

(а) (б)

Рис. 1. (а) Топография поверхности образца; (б) пространственное распределение двухфотонной люминесценции для различных взаимных положений иглы АСМ и золотой наночастицы. облучаемых фсмтосекундными лазерными импульсами. Поляризация падающего перпендикулярно плоскости рисунка лазерного излучения показана стрелкой на рисуике (б).

В параграфе 1.2 описывается численное моделирование квадратичного нелинейного отклика системы игла-наночастица. Предполагается, что измеряемый в эксперименте нелинейно-оптический отклик определяется распределением напряженности Е(у) электрического поля в металле и пропорционален интегралу от величины ¡Д?)| по объему наночастицы и иглы. Расчеты

электрических полей Ё(т) при ближнепольном взаимодействии иглы и наночастицы проводились методом РО'Ш. Результаты численного моделирования хорошо согласуются с экспериментом и показывают, что измеренные пространственные распределения сигнала двухфотонной люминесценции содержат в себе дополнительную (относительно топографии) информацию о форме исследуемых наночастиц. Эта информация может быть извлечена путем сопоставления экспериментальных результатов с расчетными распределениями двухфотонной люминесценции для объектов известной формы. Эффективность предлагаемой методики диагностики демонстрирует рис. 2, на котором приведены рассчитанные распределения сигнала двухфотонной люминесценции в приближенной к эксперименту геометрии.

(а) Хпт (б)

Рис. 2. Численно рассчитанные распределения сигнала двухфотонной люминесценции при сканировании золотой наночастицы иглой ЛСМ. Пунктирной линией обозначены контуры наночастицы, стрелка указывает направление поляризации падающего поля.

Сравнивая результаты эксперимента (рис. 1, б) с распределениями, изображенными на рис. 2, можно сделать вывод, что исследуемая частица имеет характерные размеры и ориентацию по от ношению к зонду ЛСМ наиболее близко совпадающие со случаем, изображенным на рис. 2, б.

Вторая глава посвящена исследованию механизмов формирования нано-; структур на поверхностях полимерных пленок при механическом воздействии иглы ЛСМ в режиме больших прижимных сил (F— 150-1500 нН).

В параграфе 2.1 описаны методика и результаты наноструктурирования пленок полиметилметакрилата, полистирола и позитивного фоторезиста ФП-9120-2. Вначале топо1рафия поверхности образца прописывалась кремниевой иглой АСМ (радиус острия 10 нм) в полуконтактном режиме. Затем игла АСМ фиксировалась над некоторой точкой поверхности и в контактном режиме прижималась к полимерной пленке с предварительно заданной силой (F = 150-1500 нН) на время порядка нескольких секунд, а затем отводилась от поверхности образца. После воздействия производилась повторная съемка топографии поверхности образца в полуконтактном режиме. В процессе выполнения эксперимента выяснилось, что на поверхностях полиметилметакрилата, полистирола образовывались углубления с диаметром 20-40 нм и глубиной 2-3 нм (рис. 3, а), на поверхности позитивного фоторезист» ФП-9120-2 формировались вьпгуклые наноструктуры с диаметром 80-100 нм и высотой 2-3 нм (рис. 3, б).

В парафафе 2.2 рассмотрены теоретические модели Герца и Маугиса-Дагдейла, описывающие упругое контактное взаимодействие зонда ЛСМ с поверхностью образца без учета и с учетом адгезионных сил, соответственно, при нормальной нагрузке.

Рис. 3. (а) Углубление и (б) выпуклая наноструктура, сформированные кремниевой иглой АСМ на поверхностях полиметилмстакрилата и позитивного фоторезиста, соответственно. Топографии поверхностей получены с помощью АСМ.

В параграфе 2.3 с помощью модели Маугиса-Дагдейла, учитывающей силы адгезии между иглой АСМ и поверхностью образца, объясняются механизмы формирования наблюдаемых структур на полимерных пленках. Образование углублений на поверхностях полиметилмстакрилата и полистирола связано с тем, что давление, оказываемое иглой АСМ, превосходит порог прочности материала образца. Формирование выпуклых наноструктур на поверхности позитивного фоторезиста объясняется сильным адгезионным растяжением материала при отводе иглы, превосходящим предел прочности фоторезиста на растяжение.

Третья глава посвящена исследованию генерации второй гармоники и двухфотонной люминесценции коллоидным раствором золотых наночастиц сферичной формы при перестройке длины волны возбуждающего фемтосе-кундного излучения в широком диапазоне (980-1300 нм).

В параграфе 3.1 описывается методика измерения спектральных и поляризационных характеристик нелинейно-оптического отклика, генерируемого раствором золотых наночастиц. Коллимированный пучок фемтосекундного лазерного излучения (А. = 980-1300 нм, х « 50 фс, /= 1 кГц, /« Ю10 Вт/см2) распространялся вдоль оси Z (рис. 4, а) и направлялся в кювету, содержащую водный раствор золотых наночастиц сферичной формы (диаметр 50±7 нм, концентрация 4.4-Ю10 мл"', плазмонный резонанс в области 528 нм). Возбуждающее излучение имело либо вертикальную (в направлении оси X), либо горизонтальную (вдоль оси Y) ориентацию электрического поля. Рассеянное излучение из кюветы с наночастицами регистрировалось в направлении (вдоль оси Y) перпендикулярном к оси распространения возбуждающего лазерного излучения с помощью спектрометра. Приемная система позволяла одновременно регистрировать компоненты нелинейно-оптического излучения наночастиц с горизонтальной (вдоль оси Z) и вертикальной (вдоль оси X) поляризациями.

В параграфе 3.2 приводятся результаты измерений спектральных и поляризационных характеристик второй гармоники и двухфотонной люминесценции раствора наночастиц. Характерные спектры нелинейно-оптического отклика раствора золотых наночастиц с вертикальной и горизонтальной поляризациями при возбуждении вертикально поляризованным излучением представлены на рис. 4, б. Из рисунка 4, б видно, что наблюдаемый сигнал содержит пик на второй гармонике оптического излучения и широкополосное излучение, вызываемое двухфотонной люминесценцией наночастиц.

Кювета с раствором 980-1300 нм, золотых наночастиц 50 фс, 1 кГц

Рассеянный нелинейный сигнал

Д

Клин шпатовый Линза

Спектрометр

втр ~|

570 580 590 600 610 Длина волны, нм

(а)

(б)

Рис. 4. (а) Схема эксперимента по исследованию второй гармоники и двухфотонной люминесценции коллоидного раствора золотых наночастиц сферичной формы при перестройке длины волны возбуждающего фемтосекундного излучения, (б) Характерный спектр излучения раствора золотых наночастиц. Длина волны возбуждающего лазерного излучения 1170нм. Сплошные линии — аппроксимация суммой функции Гаусса и линейной функции длины волны.

Для того чтобы выделить сигнал второй гармоники на фоне люминесценции, экспериментальные спектры аппроксимировались суммой функции Гаусса и линейной функции длины волны (рис. 4, 6). Величина сигнала второй гармоники определялась величиной амплитуды функции Гаусса, а сигнал люминесценции определялся как значение величины линейной функции на длине волны второй гармоники. На рисунке 5 представлены зависимости ин-тенсивностей сигналов второй гармоники и двухфотонной люминесценции с горизонтальной и вертикальной поляризациями при перестройке длины волны вертикально поляризованного возбуждающего излучения в диапазоне 9801300 нм. Видно, что с ростом длины волны интенсивность нелинейно-оптического сигнала возрастает. Другой отличительной чертой является преобладание компонент сигнала с вертикальной поляризацией. Двухфотонная люминесценция демонстрирует схожие со второй гармоникой спектральные и поляризационные характеристики, что говорит об одинаковой природе механизмов возбуждения второй гармоники и люминесценции. При изменении поляризации излучения накачки на горизонтальную нелинейно-оптический

сигнал из раствора был деполяризованным (величины горизонтальной и вертикальной поляризаций совпадали).

1 -5 г

^ горизон гальная поляризация А вертикальная поляризация J

15- ;

Р

А......А.......

»£ О

Л А А !

•'.80 500 520 540 560 580 600 620 640 660 Длима волна. им

горизонтальная поляризация А вертикальная поляризация

Л к »......

V

£ К

4В0 500 520 540 5( >0 5! 0 6 Ю 620 6/ Ю 660

Длина волны,нм

(а) (б)

Рис. 5. Зависимости интенсивностей сигналов (а) второй гармоники и (б) двухфотон-ной люминесценции раствора золотых наночастиц от длины волны.

В параграфе 3.3 проводится детальный анализ экспериментальных зависимостей, который свидетельствует о том, что полученные результаты (преобладание вертикальной поляризация сигналов второй гармоники и двухфо-гонной люминесценции при вертикальной поляризации возбуждающего лазерного импульса, отсутствие резонанса в области 530 нм) не удается объяснить в рамках модели невзаимодействующих друг с другом сферических золотых наночастиц. ЛСМ диагностика наночастиц из раствора показала наличие димеров, состоящих из двух агрегированных наночастиц, с концентрацией в несколько процентов от общего числа частиц в растворе. Исследования показывают, что димеры, образованные сферическими золотыми наночасти-цами с несколько различающимися размерами, более чем на два порядка эффективнее генерируют вторую гармонику и двухфотонную люминесценцию, чем отдельные частицы [12, 22]. Это, в первую очередь, связано с нарушением центральной симметрии и с большим усилением поля в зазоре между двумя наночастицами [22, 23]. Диаграмма направленности и поляризационные характеристики нелинейно-оптического отклика димеров такие же, как у диполя, ориентированного вдоль оси димера [11]. Плазменные резонансы димеров зависят от их геометрии и сдвинуты в область больших длин волн (> 650 нм) относительно плазменных рсзонансов отдельных наночастиц [12]. Таким образом, полученные в эксперименте спектральные и поляризационные характеристики нелинейного отклика водного раствора золотых наночастиц укладываются в модель, в которой нелинейные свойства раствора определяются присутствием в нем димеров, с концентрацией в несколько процентов от общей концентрации частиц.

Четвертая глава посвящена микроструктурированию образцов из плавленого кварца фемтосскундными бесселевыми пучками, полученными при аксиконной фокусировке, а также исследованию оптических свойств и химического травления сформированных микроканалов.

В параграфе 4.1 описаны методика формирования микроканалов модифицированного вещества в плавленом кварце и приводятся результаты исследования микроканалов с помощью оптической и атомно-силовой микроскопий. В экспериментах фем госекундное лазерное излучение (X = 800 нм, т « 60 фс, энергия в импульсе Ж<10мДж) фокусировалось конической аксиконной линзой с углом при основании 30° вглубь образцов. Использовались два режима воздействия на образец: одиночным лазерным импульсом (IV= 0.2-8.0 мДж) и последовательностью лазерных импульсов (10- 100 импульсов, Ж = 0.5-7.0 мДж,/= 10 Гц), воздействующих на одно и то же место образца. В режиме воздействия одиночным лазерным импульсом формировались однородные по длине каналы длиной до 15 мм (рис. 6, а). В результате облучения образца последовательностью лазерных импульсов формировались неоднородные каналы, состоящие из множества микроскопических не-однородностей (рис. 6, б).

- отдельный лазерный импульс, ?мДж ЩсЩщ-} ШУ ^-^

V;: .>.;: 10МКМ

30 лазерных импульсов, 0.7 мДж 10 мкМ

Рис. 6. Характерные изображения микроканалов в оптическом микроскопе, сформированных при воздействии (а) одиночным лазерным импульсом и (б) серией лазерных импульсов: слева - вид сбоку, справа - вид с торца после полировки образца.

В параграфе 4.2 проведены исследования волноведущих свойств и пространственных распределений изменения показателя преломления сформированных микроканалов. Было обнаружено, что неоднородные каналы (рис. 6, 6) не обладают явными волноведущими свойствами. В то время Как однородные микроканалы (рис. 6, а) хорошо удерживают оптическое излучение. На рисунке 7, а показано характерное распределение интенсивности излучения, прошедшего через однородный канал. Это распределения представляет собой две ярких области, расположенных по бокам от трещинообразной структуры, каждая из этих областей может быть возбуждена независимо. Коэффициент прохождения излучения через волноведущие микроканалы сильно зависит от направления поляризации падающего поля, что связано с анизо-

(а) (б)

Рис. 7. Распределение интенсивности излучения с выхода микроканала длиной 15 мм. Стрелка указывает направление поляризации возбуждающего излучения НеЫе лазера (А. = 633 нм), соответствующее максимальному прохождению. На вставке изображена зависимость интенсивности излучения на выходе микроканала от угла поляризации падающего поля, (б) Численно рассчитанное изменение показателя преломления в микроканале для распределения интенсивности на рисунке (а).

гронным изменением показателя преломления созданных структур. Максимальный коэффициент прохождения через микроканал длиной 15 мм при оптимальном согласовании мод достигал 27%, что соответствует потерям менее 0.3 дБ/см (сюда включены потери, связанные с согласованием моды при ее возбуждении).

Расчет изменения показателя преломления в микроканале (рис. 7-6) показывает, что трещинообразная структура в центральной части каналов имеет отрицательное изменение показателя преломления, по бокам от нее расположены волноведущие области с анизотропным положительным изменением показателя преломления, достигающим величины около 4x10"4, механизмом формирования которого являются асимметричные остаточные механические напряжения в материале плавленого кварца.

В параграфе 4.3 описана методика измерения спектров люминесценции вещества микроканалов, возбуждаемых 400 нм лазерным излучением. Показано, что спектры люминесценции микроканалов, сформированных в режимах одноимпульсного и многоимпульсного воздействия, имеют два пика в областях 480 нм и 620 нм, которые соответствуют дефектам типа кислородно-дефицитных центров и несвязанных кислородно-дырочных центров, соответственно [24]. Наличие этих дефектов указывает на присутствие в материале микроканалов структур с высоким содержанием кремния.

В параграфе 4.4 исследовано химическое травление модифицированного вещества микроканалов в водных растворах плавиковой кислоты НР и гидро-

ксида калия КОН. При травлении образца с микроканалами в НР' (концентрация 8%, температура 40° С) в условиях ультразвуковой ванны были получены ровные сужающиеся к центру образца микрокапилляры длиной 2.5 мм (во всю толщину образца) и аспсктным отношением, достигающим величины 1:50 (рис. 8, а, 6). Созданные микрокапилляры обладают хорошими для оптического излучения (к = 633 нм) волноведущими свойствами с коэффициентом прохождения до 60% (рис. 8, в). В результате травления другого образца с микроканалами в КОН (концентрация 40%, температура 70° С) были сформированы микрокапилляры длиной 15 мм с оптически гладкими стенками и аспектным отношением до 1:250.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

Основные результаты диссертационной работы: 1. Измеренные двумерные распределения нелинейно-оптического сигнала двухфотонной люминесценции, регистрируемые при сканировании покрытой золотом иглой атомно-силового микроскопа поверхности с нанесенными на нее золотыми наночастицами, облучаемой фемтосекундными лазерными импульсами (X ~ 800 нм, 1< 5x10 Вт/см2), позволили получить дополнительную информацию о форме и ориентации исследуемых наночастиц путем сравнения экспериментальных распределений с ре-

Рис. 8. Оптические изображения микрокапилляров после травления образца в плавиковой кислоте НР: (а) вид сбоку, (б) вид с торца, (в) Характерный вид пространственного распределения прошедшего через микрокапилляр излучения НеМс лазера.

зультатами численного РОТО моделирования квадратичного нелинейного отклика в системе игла-наночастица для известных объектов.

2. Экспериментально исследовано формирование наноструктур на поверхности полимерных пленок при механическом воздействии иглы атомно-силового микроскопа в режиме больших прижимных сил (Р=150-1500 нН). Показано, что на поверхности полимера возможно как образование углублений, вызванных превышением давления, вызываемого иглой, предела пластичности материала (полиметилметакрилат, полистирол), так и выпуклых наноструктур (позитивный фоторезист ФП-9120-2), появление которых может быть связано с сильным адгезионным растяжением, превосходящим предел прочности фоторезиста на растяжение. Диаметр сформированных выпуклых наноструктур составлял 80-100 нм при высоте 2-3 нм.

3. Экспериментально исследована генерация второй гармоники и двухфо-тонной люминесценции коллоидным раствором сферических золотых на-ночастиц с диаметром 50±7 нм при перестройке длины волны возбуждающего фсмтосскундного излучения (I < 1010 Вт/см'") в широком диапазоне Х = 980-1300 нм. Комбинированные измерения поляризационных и спектральных характеристик нелинейно-оптического отклика при перестройке длины возбуждающей волны позволили сделать вывод о том, что наблюдаемый нелинейно-оптический сигнал определяется присутствующими в растворе димерами, составляющими несколько процентов от общей концентрации наночастиц.

4. Показано, что микроканалы, сформированные в плавленом кварце при аксиконной фокусировке отдельных фемтосекундных импульсов (А. = 800нм, т = 60фс, >У<10мДж), обладают анизотропными волнове-дущими свойствами. Полученные микроканалы имеют анизотропное положительное изменение показателя преломления величиной несколько единиц на 10"\ механизмом формирования которого являются асимметричные остаточные механические напряжения в материале плавленого кварца.

5. При химическом травлении микроканалов в водных растворе плавиковой кислоты НР и растворе гидроксида калия КОН получены полые микрокапилляры с оптически гладкими стенками длиной до 15 мм и высоким ас-псктным отношением, достигающим 1:250. Созданные микрокапилляры обладают хорошими для оптического излучения (к— 633 нм) волноведу-щими свойствами, коэффициент прохождения для микрокапилляров дайной 2.5 мм достигал 60%.

Основные результаты автора опубликованы в работах:

Л1. Yashunin, D. Л. Two-photon luminescence imaging by scanning near-field optical microscopy for characterization of gold nanoparticles / D. A. Yashunin, N. V. Ilin, A. N. Stepanov, A. I. Smirnov // Journal of Physics D: Applied Physics.-2014.-V. 47.-P. 305102.

A2. Степанов, A. H. Формирование наноструктур иглой атомно-силового микроскопа на поверхности полимерных пленок / А. Н. Степанов, Д. А. Яшунин // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2010. — №10. — С. 10-13.

A3. Яшунин, Д. А. Формирование микрокапилляров в плавленом кварце с помощью аксиконной фокусировки фсмтосекундного лазерного излучения и последующего химического травления / Д. А. Яшунин, Ю. А. Мальков, А. Н. Степанов // Квантовая электроника. - 2013. - Т. 43. -№.4.-С. 300-303.

А4. Нелинейная ближнепольная диагностика наноразмерных поверхностных объектов с помощью фсмтосекундного лазерного излучения и атомно-силовой микроскопии / Д. А. Яшунин, А. М. Киселев, Д. И. Кулагин, А. Н. Степанов // Нанофизика и наноэлектроника : труды XIV международного симпозиума, 15-19 марта 2010 г., г. Нижний Новгород / Институт физики микроструктур РАН. - Нижний Новгород, 2010. - С. 588.

А5. Исследование нелинейно-оптических свойств золотых наночасгиц с помощью атомно-силовой микроскопии и фсмтосекундного лазерного излучения / Н. В. Ильин, А. И. Смирнов, А. Н. Степанов, Д. А. Яшунин / Нанофизика и наноэлектроника : труды XVII международного симпозиума, 11-15 марта 2013 г., г. Нижний Новгород / Институт физики микроструктур РАН. - Нижний Новгород, 2013. - С. 259-260.

А6. Нелинейная диагностика поверхностных наноструктур с помощью усиленного ближнего ноля фсмтосекундного лазерного излучения / А. М. Киселев, Д. И. Кулагин, А. Н. Степанов, Д. А. Яшунин // 15-я Нижегородская сессия молодых ученых : труды молодых ученых по естественнонаучным дисциплинам, 19-23 апреля 2010 г., г. Семенов / Издательский салон. - Нижний Новгород, 2010. - С. 98-99.

А7. Application of near-field enhancement of femtosecond laser radiation for nonlinear diagnostics of surface nanostructures / A. M. Kiselev, D. I. Kulagin, A. N. Stepanov, D. A. Yashunin // The Fifth Conference on Laser Optics for Young Scientists (LOYS'2010), june 28 - july 02, 2010, St. Petersburg, WeYl-02.

A8. Исследование нелинейно-оптических свойств золотых наночастиц с помощью фемтосекундного лазерного излучения / А. П. Александров, 11. М. Битюрин, А. Н. Степанов, Д. А. Яшунин // Нанофизика и наноэлектроника : труды XV международного симпозиума, 14-18 марта 2011 г., г. Нижний Новгород / Институт физики микроструктур РАН. - Нижний Новгород, 2011.-С. 588.

А9. Smirnov, A. I. Nonlinear optical diagnostics of gold nanoparticlcs by atomic force microscopy and femtosecond laser pulses / A. I. Smirnov, A. N. Stepanov, D. A. Yashunin // The 13th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON 2011), june 26-30, 2011, Stockholm, Sweden, Tu.C2.6, ISSN 2161-2056.

A10. Смирнов, А. И. Нелинейная оптическая диагностика золотых наноча-стиц с помощью атомно-силовой микроскопии и фемтосскундных лазерных импульсов / А. И. Смирнов, А. Н. Степанов, Д. А. Яшунин // 9-й Российский симпозиум «Проблемы физики ультракоротких процессов в сильнонеравновесных средах» : тезисы докладов, 2-13 августа 2011 г., г. Новый Афон / ОИВТ РАН. - Москва, 2011. - С. 5.

All. Study of nonlinear optical properties of gold nanoparticlcs using atomic force microscopy and femtosecond laser radiation / N. V. Ilin, A. I. Smirnov, A. N. Stepanov, D. A. Yashunin // The 15th International Conference «Laser 0ptics-2012», june 25-29, 2012, St. Petersburg, ThR6-44.

A12. Atomic force microscopy and femtosecond laser radiation for studying nonlinear optical properties of gold nanoparticles / N. V. Ilin, A. I. Smirnov, A. N. Stepanov, D. A. Yashunin // ICONO/LAT 2013, june 18-22, 2013, Moscow, IWB3.

A13. Numerical calculation of nonlinear-optical interaction of gold nanoparticlc and atomic force microscopy probe / N. V. Ilin, D. A. Yashunin, A. N. Stepanov, A. I. Smirnov // The 16th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON 2014), july 6-10, 2014, Graz, Austria, ISSN 21627339.

A14. Nanostructuring and nonlinear near-field diagnostics of nanoscalc objects on a surfacc with femtosecond laser radiation and atomic force microscopy / D. A. Yashunin, A. N. Stepanov, N. V. Ilin, A. I. Smirnov // Proceedings of the International Summer School on Application of Scanning Probe Microscopy in Life Sciences, Soft Matter and Nanofabrication, River Publishers, Aalborg 2013, ISBN 9788793102330.

A15. Степанов, A. 11. Формирование наноструктур иглой сканирующего зон-дового микроскопа на поверхности полимерного образца / А. Н. Степанов, Д. А. Яшунин // Научная студенческая конференция «Высшей школы общей и прикладной физики» ННГУ «ВН10ПФ-2008» : аннотации докладов, 28-29 марта 2008 г., г. Нижний Новгород / Институт прикладной физики РАН. - Нижний Новгород, 2008. - С. 19.

А16. Генерация второй гармоники и двухфотонной люминесценции коллоидным раствором золотых наночастиц, содержащим димеры агрегированных наночастиц/Д. А. Яшунин, А. И. Корытин, А. И. Смирнов, А. Н. Степанов II Нанофизйка и наноэлектроника : труды XIX международного симпозиума, 10-14 марта 2015 г., г. Нижний Новгород / Институт физики микроструктур РАН. - Нижний Новгород, 2015. - С. 731-732.

Л17. Мальков, Ю. А. Микроструктурирование кварца с номощыо аксиконной фокусировки фсмтосекундных лазерных импульсов / Ю. Л. Мальков, А. Н. Степанов, Д. А. Яшунин // «Нелинейные волны - 2012» : тезисы докладов. Нижний Новгород : НПФ РАН, 2012. - С. 156-157. A18.Malkov, Y. A. Fused silica microstructuring by femtosecond Bessel beam / Y. A. Malkov, A. N. Stcpanov, D. A. Yashunin // The 15th International Conference «Laser 0ptics-2012», junc 25-29, 2012, St. Petersburg, TuR8-18.

Литература

1. Femtosecond Laser Micromachining: Photonic and Microfluidic Devices in Transparent Materials. / Osellame R., Ccrullo G., Ramponi R.: Springer Science & Business Media, 2012.

2. Marshall G. D., Ams M., Withford M. J. Direct laser written waveguide-Bragg gratings in bulk fused silica // Optics Letters. - 2006. - T. 31, № 18. - C. 2690-2691.

3. Nolte S., Will M., Burghoff J., A.Tuennermann. Femtosecond waveguide writing: a new avenue to three-dimensional integrated optics // Applied Physics A: Materials Science & Processing.-2003. - T. 77, № l.-C. 109-111.

4. Marcinkevicius A., Juodkazis S., Watanabe M., Miwa M., Matsuo S., Misawa H., Nishii J. Femtosecond laser-assisted three-dimensional microfabrication in silica // Optics Letters. - 2001. - 'Г. 26.

5. Kiyama S., Matsuo S., Hashimoto S., Morihira Y. Examination of Etching Agent and Etching Mechanism on Fcmotosecond Laser Microfabrication of Channels Inside Vitreous Silica Substrates // The Journal of Physical Chemistry C. -2009. -T. 113, №27.-C. 11560-11566.

6. Babin A. A., Kiselcv A. M., Pravdenko К. I., Sergeev A. M., Stepanov A. N., Khazanov E. A. Experimental investigation of the influence of subterawatt femtosecond laser radiation on transparent insulators at axicon focusing // Physics-Uspekhi. - 1999. - T. 42, № 1. - C. 74.

7. Amako J., Sawaki D., Fujii E. Microstructuring transparent materials by use of nondiffracting ultrashort pulse beams generated by diffractive optics // J. Opt. Soc. Am. B. - 2003. - 'Г. 20, № 12. - C. 2562-2568.

8. Zhang J., Zhang L. Nanostructures for surface plasmons // Adv. Opt. Photon. -2012.-T. 4,№2.-C. 157-321.

9. Nappa J., Revillod G., Martin G., Russier-Antoinc I., Benichou E., Jonin C., Brevet P.-F. Second Harmonic Generation from Gold and Silver Nanoparticles in Liquid Suspensions // Non-Linear Optical Properties of Matter / Papadopoulos M. и др.Springer Netherlands, 2006. - C. 645-669.

10. Han F., Guan Z., Tan T. S., Xu Q.-H. Size-Dependent Two-Photon Excitation Photoluminescence Enhancement in Coupled Noble-Metal Nanoparticles // ACS Applied Materials & Interfaces. - 2012. - T. 4, № 9. - C. 4746-4751.

11. Imura K., Nagahara T., Okamoto H. Near-Field Two-Photon-Induced Photolumincsccnce from Single Gold Nanorods and Imaging of Plasmon Modes // The Journal of Physical Chemistry B. -2005. -T. 109, № 27. -C. 13214-13220.

12. Guan Z., Gao N., Jiang X.-F., Yuan P., Han F., Xu Q.-H. Huge Enhancement in Two-Photon Photoluminescencc of Au Nanoparticle Clusters Revealed by Single-Particle Spectroscopy // Journal of the American Chemical Society.- 2013. -T. 135, № 19.-C. 7272-7277.

13. Volpc G., Noack M., Acimovic S. S., Rcinhardt C., Quidant R. Near-Field Mapping of Plasmonic Antennas by Multiphoton Absorption in Poly(methyl methacrylatc) // Nano Letters. - 2012. - T. 12, № 9. - C. 4864-4868.

14. Viarbitskaya S., Teulle A., Marty R., Sharma J., Girard C., Arbouet A., Dujardin E. Tailoring and imaging the plasmonic local density of states in crystalline nanoprisms // Nat. Mater. - 2013. - T. 12, № 5. - C. 426-432.

15. Garcia-Etxarri A., Romero 1., Garcia de Abajo F. J., Hillenbrand R., Aizpurua J. Influence of the tip in near-field imaging of nanoparticle plasmonic modes: Weak and strong coupling regimes // Physical Review B. - 2009. - T. 79, № 12.-C. 125439.

16. Schnell M., Garcia Etxarri A., Huber A. J., Crozier K., Aizpurua J., Hillenbrand R. Controlling the near-field oscillations of loaded plasmonic nanoantennas // Nat. Photon. - 2009. - T. 3, № 5. - C. 287-291.

17. Deutsch B., Hillenbrand R., Novotny L. Visualizing the Optical Interaction Tensor of a Gold Nanoparticle Pair // Nano Letters. - 2010. - T. 10, № 2. - C. 652656.

18. Bouhelier A., Beversluis M. R., Novotny L. Characterization of nanoplasmonic structures by locally excited photoluminescence // Applied Physics Letters.-2003.-T. 83,№24.-C. 5041-5043.

19. Grafstrom S. Photoassisted scanning tunneling microscopy // Journal of Applied Physics. - 2002. - T. 91, № 4. - C. 1717-1753.

20. Grigoropoulos C. P., Hwang D. J., Chimmalgi A. Nanometer-Scale Laser Direct-Write Using Near-Field Optics // MRS Bulletin. - 2007. - T. 32, № 01. - C. 16-22.

21. Kirsanov A., Kisclev A., Stepanov A., Polushkin N. Femtosecond laser-induced nanofabrication in the near-field of atomic force microscope tip // Journal of Applied Physics. -2003. -T. 94, № 10. -C. 6822-6826.

22. Slablab A., Le Xuan L„ Zielinski M., de Wilde Y., Jacques V., Chauvat D., Roch J. F. Second-harmonic generation from coupled plasmon modes in a single dimer of gold nanosphcres // Optics express. - 2012. -T. 20, № 1. - C. 220-227.

23. Danckwerts M., Novotny L. Optical Frequency Mixing at Coupled Gold Nanoparticlcs // Physical Review Letters. - 2007. - T. 98, № 2. - C. 026104.

24. Salh R. Defect related luminescence in silicon dioxide network: a review // Crystalline Silicon-Properties and Uses, edited by S. Basu (InTech, Rijeka, 2011). -2011.-C. 135-172.

Оглавление диссертации

Введение..................................................................................................................3

Глава 1. Нелинейно-оптическая ближнепольная диагностика металлических наноструктур с помощью иглы атомно-силового микроскопа и фемтосекундного лазерного излучения..............................................................14

1.1. Описание эксперимента и результаты................................................16

1.2. Численное моделирование и обсуждение экспериментальных результатов...................................................................................................21

Глава 2. Наноструктурированис поверхностей полимерных пленок с помощью иглы атомно-силового микроскопа...................................................29

2.1. Методика проведения эксперимента и результаты............................30

2.2. Модели контактного взаимодействия иглы атомно-силового микроскопа с поверхностью.......................................................................33

2.3. Обсуждение экспериментальных результатов...................................38

Глава 3. Генерация второй гармоники и двухфогонной люминесценции коллоидным раствором золотых наночастиц.....................................................42

3.1. Описание эксперимента.......................................................................43

3.2. Результаты эксперимента.....................................................................46

3.3. Обсуждение результатов......................................................................49

Глава 4. Микроструктурированис плавленого кварца бессолевыми пучками фемтосекундного лазерного излучения..............................................................57

4.1. Методика формирования микроканалов в плавленом кварце и результаты....................................................................................................60

4.2. Исследование изменения показателя преломления и волноведущих свойств микроканалов.................................................................................71

4.3. Исследование лазерно-индуцированных дефектов...........................80

4.4. Химическое травление микроканалов с целью получения микрокапилляров с высоким аспектным отношением.............................82

Заключение...........................................................................................................92

Литература............................................................................................................97

Яшунин Дмитрий Александрович

МИКРО/НАНО-СТРУКТУРИРОВАНИЕ И НЕЛИНЕЙНО-ОНТИЧЕСКЛЯ ДИАГНОСТИКА МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ЛТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

Автореферат

Подписано к печати 3.07.2015 г. Формат 60»90 '/,6. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ №66 (2015).

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН 603950, г. Н. Новгород, ул. Ульянова, 46