Взаимодействие ультракоротких лазерных импульсов с боросиликатным стеклом в процессах формирования однородных и разнородных сварных соединений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Мурзаков Максим Александрович

• Мурзаков Максим Александрович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Мурзаков Максим Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАКОРОТКИХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ С ПРОЗРАЧНЫМИ ДИЭЛЕКТРИКАМИ

§ 1.1. Взаимодействие лазерного излучения с диэлектриками

§ 1.2. Лазерная сварка прозрачных диэлектриков

§ 1.3. Особенности лазерной сварки материалов с различным КТР при воздействии лазерного излучения УКИ

§ 1.4. Физико-математическое моделирование процессов лазерной сварки прозрачных диэлектриков

Выводы к Главе I

ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

§ 2.1. Характеристики лазерных источников

§ 2.2. Расчет оптических систем

§ 2.3. Используемые материалы

§ 2.4. Схема проведения экспериментов

§ 2.5. Методика проведения испытаний образцов

ГЛАВА 3. ДВУХТЕМПЕРАТУРНАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ УКИ СО СТЕКЛОМ

§ 3.1. Построение теоретической модели взаимодействия лазерного излучения УКИ с боросиликатным стеклом

§ 3.2. Результаты расчетов

Выводы к Главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНОГО ШВА БОРОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА И YAG КРИСТАЛЛОВ

§ 4.1. Влияние параметров фокусирования лазерного излучения на формирование сварного шва в боросиликатном стекле

§ 4.2. Модуляция лазерного излучения УКИ

§ 4.3. Физико-механические испытания сварных соединений

§ 4.4. Лазерная сварка кристаллов YAG и исследование сварных соединений

Выводы к Главе

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ МАТЕРИАЛОВ С РАЗЛИЧНЫМ КТР ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛАЗЕРОВ УЛЬТРАКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ

§ 5.1. Механизмы образования сварных соединений «стекло-металл»

§ 5.2. Физико-механические испытания сварных соединений

§ 5.3. Проведение исследований микроструктуры

§ 5.4. Исследование сварного соединения «стекло-кремний»

Выводы к Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

БЛАГОДАРНОСТИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Принятые обозначения и сокращения

Аббревиатура Наименование

УКИ Ультракороткий импульс

фс фемтосекунда

пс пикосекунда

нс наносекунда

КТР Коэффициент температурного расширения

ЗТВ Зона термического воздействия

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Взаимодействие ультракоротких лазерных импульсов с боросиликатным стеклом в процессах формирования однородных и разнородных сварных соединений»

ВВЕДЕНИЕ

Лазерные источники с ультракороткой длительностью импульсов от 100 фс до 10 пс открывают новые возможности использования данных типов лазеров в микроэлектронике [1], микрофлюидике [2], МЭМС (микроэлектромеханические системы) [3], лаборатории на чипе (Lab-on-chip) [4], поверхностного модифицирования поверхности [5] за счет короткого времени взаимодействия и огромной пиковой мощности в десятки - сотни мегаватт. Электрон-фононное время релаксации протекает при временах до 10 пс, что обуславливает возникновение нелинейных эффектов в объеме прозрачных диэлектриков, к которым, в частности, относятся различные виды стекол и оптических кристаллов. При воздействии лазеров УКИ возникают многофотонные процессы поглощения и лавинообразной ионизации в объеме прозрачных материалов, что приводит к внутренней модификации структуры. Получаемые модификации находят свое применение в записи брэгговских решеток [6], получении массива периодических структур для микролинз [7], также применение лазеров УКИ позволяет записывать информацию на оптических диэлектриках с последующим считыванием информации [8], данный способ направлен на хранение данных в объеме стекла. Стоит отметить, что данные примеры находят свое применение при модификации в объеме одной заготовки. При взаимном расположении двух заготовок друг относительно друга внахлест и выполнив объемную обработку с применением лазеров УКИ на границе раздела двух оптически прозрачных диэлектриков возникают условия, когда две заготовки соединяются друг с другом и происходит лазерная сварка данных материалов.

Традиционные способы соединения стекла со стеклом - это клеевые и механические способы, диффузионная сварка [9]. К преимуществам клеевых способов соединения стоит отнести доступность данных материалов, оптическую прозрачность. Однако также стоит выделить следующие недостатки клеевых способов соединения, а именно использование дополнительного материала между соединяемыми заготовками, что приводит к долговременной деградации слоя,

особенно при воздействии лазерного излучения УФ диапазона [10]. При полимеризации клевого состава возникает усадка материала, при эксплуатации изделий клевой материал может поглощать воду и терять прочность. Кроме того, процедура нанесения клеевого материала достаточно сложная из-за особенностей смачивания клеевого материала с подложками. Также современные оптические клеи способны обеспечить прочность не более 50 МПа при испытаниях на разрыв данного типа соединения. Диффузионная сварка [11] - это способ при котором не используются дополнительные адгезионные материалы, однако, данный способ направлен на длительное воздействие высокой температуры с целью получения диффузионного проникновения материалов друг в друга. Диффузионная сварка подразумевает экстремальную полировку и подготовку двух соединяемых поверхностей, что значительно ограничивает данный способ соединения по соображениям форм-фактора деталей или же рентабельности самого процесса. При проектировании высокочувствительных датчиков, длительное

высокотемпературное воздействие при диффузионном способе соединения приводит к выходу из строя данных приборов. Механическое соединение заготовок стекол направлено на получение оптического контакта двух поверхностей, что приводит к длительной дополнительной операции шлифовки и полировки двух заготовок. Данные обстоятельства ограничивают массовое применение данного способа соединения стекол в реальном производстве.

Обработка прозрачных материалов лазерами УКИ в последние годы вызывает особый интерес из-за дозированной доставки энергии в объем материала, обеспечивающего универсальные функциональные возможности для множества областей применения. Обработка (например, резка, травление или сварка) стекол с их выдающимися химическими, механическими и оптическими свойствами позволяет создавать уникальные устройства, использующие стекло, как конструкционный материал 21 века. Фокусирование излучения лазеров УКИ в объеме стекла позволяет при интенсивностях 1~1012-1014 Вт/см2 запускать механизм нелинейного поглощения. При использовании высокой частоты

следования лазерных импульсов, а также перекрытия импульсов в фокальной плоскости объектива, возникает ситуация, когда происходит диссипация электронного газа за счет электрон-фононного взаимодействия, что вызывает локальный разогрев материала и его дальнейшее плавление в ограниченной области размером порядка десятков микрометров. При фокусировании лазерного излучения на границе раздела двух заготовок из прозрачных диэлектриков возникают процессы нелинейного поглощения и плавления, что приводит к затвердеванию расплавленного материала и возникает сварное соединение между двумя прозрачными диэлектриками. Стоит отметить, что заготовки из стекла имеют ряд неровностей (шероховатостей) на поверхности, что может приводить к зазорам между свариваемыми образцами. Кроме шероховатостей заготовок у листов стекла есть отклонение от плоскостности, которое также приводит к увеличению зазоров между свариваемыми заготовками. Как правило, лазерная сварка прозрачных диэлектриков внахлест с использованием лазеров УКИ осуществляется, когда поверхности заготовок обладают оптическим контактом двух поверхностей или минимальным зазором до 3 мкм. Однако, для массового применения данного способа соединения прозрачных диэлектриков до конца не исследованы процессы формирования сварных соединений на зазорах свыше 3 мкм между заготовками. Несмотря на это ограничение, сварное соединение стекол или других прозрачных диэлектриков позволяет получать герметичные и прочные соединения. В настоящее время мировые компании производители лазеров TRUMPF (Германия), COHERENT (США) активно внедряют лазерную сварку с использованием лазеров УКИ прозрачных материалов на своем производстве [12]. Одним из наиболее часто используемых видов стекол для микроэлектронной промышленности является боросиликатное стекло, которое используется в процессах утонения пластин кремния.

При проектировании различных оптических приборов возникают потребности соединения стекла с металлами, особенно зеркал и подложек, с целью уменьшения температурной деформации в процессе эксплуатации. Физические

принципы соединения стекла и металлов можно описать двумя принципиально разными моментами: при воздействии лазеров УКИ в стекле возникают нелинейные процессы в то время, как металл начинает плавится за счет линейного нагрева металла в режиме теплопроводности. Из-за различия КТР двух материалов необходимо более тщательно исследовать область взаимодействия двух разнородных материалов. Данные, полученные в процессе изучения микроструктуры соединения стекла и металлов, позволят оптимально подбирать технологические параметры процесса сварки с использованием лазеров УКИ для соединений разнородных материалов.

Задача исследования взаимодействия лазерного излучения УКИ с боросиликатным стеклом с целью получения прочных сварных соединений стекла со стеклом, а также соединения боросиликатного стекла с материалами, обладающими различным КТР, является актуальной и требует дополнительных исследований.

Целью диссертационной работы является определение основных физических явлений и закономерностей процесса формирования сварных соединений боросиликатного стекла со стеклом, с нержавеющей сталью, алюминием и кремнием при воздействии лазерного излучения ультракоротких длительностей импульсов.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Произвести моделирование процессов взаимодействия лазерного излучения ультракоротких импульсов с боросиликатным стеклом при различных параметрах длительности импульса и энергии.

2. Выполнить оптимизацию технологических параметров и модуляцию лазерного излучения ультракоротких импульсов при воздействии на боросиликатное стекло для получения контролируемой геометрии сварного шва.

3. Провести экспериментальное определение влияния параметров лазерного излучения ультракоротких импульсов и разницы коэффициентов

температурного расширения в процессе сварки материалов боросиликатного стекла с кремнием, нержавеющей сталью, алюминием.

4. Провести исследование микроструктуры области сварного соединения боросиликатного стекла с металлами и кремнием при воздействии лазерного излучения ультракоротких импульсов. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые построена теоретическая модель взаимодействия ультракоротких лазерных импульсов с боросиликатным стеклом для различных значений длительности и энергии импульсов, при длине волны лазерного излучения 1030 нм.

2. Экспериментально показано, что фокусирование лазерного излучения ультракоротких импульсов микрообъективами с числовой апертурой КЛ=0,25-0,5 позволяет сформировать сварное соединение боросиликатного стекла с зазорами между заготовками до 6 мкм.

3. Впервые экспериментально показано, что модулирование лазерного излучения ультракоротких импульсов в режиме пачек позволяет увеличивать геометрические параметры сварного шва боросиликатного стекла до 2 раз.

4. Впервые экспериментально показано, что процесс формирования сварного соединения «стекло-металл» при воздействии ультракоротких лазерных импульсов с длиной волны 1030 нм может выполняться без оптического контакта между заготовками при шероховатости заготовок Кг в диапазоне от 0,65 до 2,3 мкм.

5. Исследование процесса сварки материалов с различными коэффициентами температурного расширения показало, что для формирования сварных соединений «боросиликатное стекло-металл» необходима длительность импульса 1-3 пс, интенсивность лазерного излучения от 3^1013 Вт/см2 до 4,5-1013 Вт/см2 и скорость обработки 100-500 мм/с.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Полученные результаты можно использовать в промышленной реализации технологии лазерной сварки боросиликатного стекла. Проведенные эксперименты показали, что формирование сварного соединения происходит при зазорах между свариваемыми заготовками до 6 мкм, что в 2 раза превышает значения, которые опубликованы в литературных источниках.

2. Лазерная сварка соединения «боросиликатное стекло-металл» может быть использована в оптическом приборостроении, где требуется стойкость соединения при воздействии различных внешних факторов, особенно при УФ облучении, т.к. в процессе сварки лазерным излучением ультракоротких импульсов не используются адгезионные материалы. Проведенные испытания сварных соединений на термоциклирование в диапазоне температур от -10°С до +60°С доказали механическую прочность данного типа соединения.

3. Формирование соединения «боросиликатное стекло-кремний» позволяет получать прочные сварные швы для задачи утонения пластины кремния. Данный способ найдет применение для предприятий микроэлектроники РФ, является альтернативой для традиционных технологий адгезионного бондинга и анодной сварки.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Численным моделированием показано, что при взаимодействии лазерного излучения ультракоротких импульсов с боросиликатным стеклом время термализации электронного газа составляет значения 120 пс, что в 4-6 раз больше, чем при взаимодействии ультракоротких импульсов с металлами.

2. Использование лазерных источников с длиной волны 1030 нм, длительностью импульса 1-3 пс и интенсивностью лазерного излучения от 0,5-1014 Вт/см2 до 3,2-1014 Вт/см2 позволяет сформировать сварные соединения боросиликатных стекол при зазорах между заготовками до 6 мкм, что превышает в 2 раза текущие значения литературных данных.

3. Использование метода модуляции формы и энергетических параметров лазерного излучения ультракоротких импульсов с длиной волны 1030 нм позволяет изменять геометрические размеры сварных соединений боросиликатного стекла до 2 раз.

4. Микроструктурный анализ центральной области сварного соединения боросиликатного стекла с нержавеющей сталью показал, что в зоне сварного соединения образуются фазы Fe-Si, которые приводят к охрупчиванию сварного шва, а соединение «стекло-кремний» образуют прочные фазы Si-O. Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и изложена на 121 странице машинописного текста, включая 65 рисунков, 13 таблиц и список литературы, содержащий 135 наименований. Основное содержание диссертации

В первой главе представлены основные физические процессы взаимодействия лазерного излучения УКИ с прозрачными диэлектриками, а также соединения разнородных материалов такие, как «стекло-металл», «стекло-кремний».

Во второй главе представлена схема проведения экспериментов, расчет оптических систем, используемые материалы и методика испытаний полученных сварных соединений: «стекло-стекло», «стекло-металл», «стекло-кремний».

В третьей главе представлена физико-математическая модель взаимодействия излучения лазеров с длительностью импульсов 200 фс, 500 фс и 3 пс с боросиликатным стеклом. В процессе моделирования получены данные по времени нагрева электронного газа при воздействии различных длительностей импульсов и энергий. Получено, что время термализации электронного газа в боросиликатном стекле составляет значения 200 пс для каждой длительности импульса, что на порядок выше, чем при взаимодействии лазерного излучения УКИ с металлами.

Четвертая глава посвящена анализу влияния различных физических параметров на процесс лазерной сварки боросиликатного стекла с применением лазеров УКИ - интенсивность лазерного излучения, длительность импульса, энергия импульса. В главе рассматривается метод модуляции лазерного излучения УКИ в процессе лазерной сварки боросиликатного стекла. Определен критерий свариваемости двух заготовок стекла при воздействии лазерного излучения УКИ. В данной главе представлены результаты испытаний сварных соединений с целью подтверждения прочности, также оптическими методами определены зазоры, при которых процесс лазерной сварки боросиликатного стекла стабильно выполняется.

Пятая глава посвящена исследованию взаимодействия лазерного излучения УКИ на процесс формирования соединений «стекло-металл», «стекло-кремний». В ходе экспериментов определено влияние физических параметров таких, как интенсивность лазерного излучения, энергия в импульсе, скорость обработки на формирование прочного сварного шва. В главе представлены данные по механическим испытаниям сварных соединений. В данной главе проведено исследование микроструктуры области сварки двух разнородных материалов при воздействии лазеров УКИ. В ходе исследования замечено, что в зоне сварного шва «нержавеющая сталь - стекло» образуются связи Fe-Si.

Личный вклад автора

Все выносимые на защиту результаты и положения диссертационной работы получены и разработаны автором лично, либо при его непосредственном участии. Автор участвовал в постановке, проведении и обработке результатов всех экспериментов.

Апробация результатов

Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

■ 21-я Международная конференция Laser Optics (ICLO 2024), Санкт-Петербург, 2024;

■ X Международная конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии - ЛаПлаз-2024», Москва, 2024;

■ XII Международная конференция «Фотоника и информационная оптика», Москва, 2024;

■ IX Международная конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии - ЛаПлаз-2023», Москва, 2023;

■ 20-я Международная конференция Laser Optics (ICLO 2022), Санкт-Петербург, 2022.

Результаты данной диссертации успешно внедрены в текущий производственный цикл в компании ООО НТО «ИРЭ-Полюс», что подтверждается актом внедрения от 23.12.2024 г (см. Приложение).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ в период с 2022 по 2024 год, включая 2 статьи в рецензируемых журналах, индексируемых в международных базах Scopus и WoS [13,14], 2 статьи в журналах, включенных в перечень ВАК РФ [15,16], а также 5 статей и тезисов в сборниках научных трудов международных конференций [17-21].

ГЛАВА 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАКОРОТКИХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ С ПРОЗРАЧНЫМИ ДИЭЛЕКТРИКАМИ

§ 1.1. Взаимодействие лазерного излучения с диэлектриками

Прозрачные диэлектрики, к которым в частности относятся стекла, поглощают лазерную энергию УКИ отлично от процессов поглощения металлами. Чтобы поглотить лазерную энергию необходимо создать условия, при которых начинают происходить процессы многофотонной, ударной и лавинообразной ионизации. При значениях интенсивности лазерного излучения свыше 1012 Вт/см2 значение показателя преломления прозрачного материала зависит от интенсивности падающего лазерного излучения [22]:

где П1 - коэффициент Кэрра, который принимает следующие значения для газа т газ-10'19 см2/Вт, для кварцевого стекла т стекло~10-16 см2/Вт. Таким образом, при воздействии огромных интенсивностей лазерного излучения на диэлектрики, второе слагаемое, стоящее в уравнении (1.1), возрастает значительно, что приводит к электронным переходным состояниям вещества. Нелинейные эффекты в прозрачных диэлектриках возникают при интенсивности лазерного излучения в диапазоне 1~1012-1014 Вт/см2 [23]. Многофотонные процессы поглощения излучения происходят на временах порядках до 10 пс, что соответствует электрон-фононному времени релаксации [24]. Взаимодействие лазеров УКИ с прозрачными диэлектриками можно разделить на несколько этапов [25,26]:

1. Многофотонное поглощение лазерного излучения;

2. Ударная ионизация;

3. Лавинообразная ионизация.

Рис.1.1. Схема многофотонной лавинообразной ионизации [25,26].

На рисунке 1. 1 схематически представлена многофотонная лавинообразная ионизация при воздействии УКИ на прозрачный диэлектрик. Электрон, находящийся в валентной зоне, при воздействии излучения лазера переходит в «виртуальное» состояние [27]. Если рассматривать время жизни этого «виртуального» состояния, то из неопределенности энергия-время имеем:

АЕ-М>Ь (1.2)

значения времени А1 составляют значения порядка 10-15-10-16 с для энергий 0,1 до 1 эВ. Эти значения очень малы по сравнению с квазистационарным состоянием электрона в атоме по отношения к процессу их спонтанного распада - 10-8 с. Экстремально малое время жизни «виртуального» состояния подразумевает использование огромной интенсивности, что достигается с использованием лазеров УКИ. При интенсивностях порядка 1011-1014 Вт/см2 происходит первоначальное создание свободных носителей за счет многофотонного поглощения и ионизации [28]. Характерный параметр, который определяет

характер ионизации при воздействии лазерного излучения, называется параметром Келдыша [29]:

где ю - частота лазерного излучения, I - интенсивность лазерного излучения в фокусе объектива, т и е - масса и заряд электрона, с - скорость света, п -показатель преломления среды, Eg - ширина запрещенной зоны, е0 -диэлектрическая проницаемость в вакууме. При значениях параметра Келдыша Ук>1 преобладает многофотонная ионизация, при ук<1 ионизация приобретает характер туннелирования в статическом поле. Некоторое количество электронов с энергией Ню <Eg поглощаются за счет процесса многофотонной ионизации и переходят в зону проводимости. Вероятность ионизации строго зависит от интенсивности лазерного излучения и в случае многофотонной ионизации принимает следующий вид [27]:

где оп - многофотонное сечение поглощения п фотонов лазерного излучения. Минимальное количество фотонов, которое должно поглотиться для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости должно удовлетворять следующему соотношению п Ню > Eg. Для кварцевого стекла необходимо поглощение 8-ми фотонов для перехода электрона в зону проводимости, т.к. ширина запрещенной зоны для кварцевого стекла составляет значение [30] - 9 эВ.

Свободные электроны, которые находятся в зоне проводимости за счет многофотонной ионизации в процессе ударной ионизации начинают процесс образования плазмы [31]. Электрон с достаточной кинетической энергией может выбить электрон, который находится в связанном состоянии в валентной зоне, что приводит к лавинообразной ионизации. Электроны, которые получились из процесса многофотонной лавинообразной ионизации, продолжают накапливать энергию, которую они получают от лазерного излучения и затем передают ее

(1.3)

(1.4)

ионам, что приводит к последующему нагреву и плавлению, что формирует жидкую сварочную ванну [32].

На данном принципе, многофотонной лавинообразной ионизации, получены результаты не только по лазерной сварке прозрачных диэлектриков, а также для внутренней модификации в объеме стекла за счет изменения показателя преломления [33], нано гравировки [34], селективного травления [35] и получения трехмерной памяти [36].

§ 1.2. Лазерная сварка прозрачных диэлектриков

Лазерную сварку прозрачных диэлектриков можно разделить на две категории, которые принципиально различаются по физике процесса:

1. Применение непрерывного С02 лазера;

2. Воздействие лазерного излучения УКИ на прозрачные диэлектрики.

Рассмотрим первый случай - лазерная сварка непрерывными С02 лазерами.

Для большинства оптических материалов, лазерное излучение является прозрачным в диапазоне от 250 нм до 3500 нм. На рисунке 1.2 представлен типовой спектр пропускания для кварцевого и боросиликатного стекол [37].

1М ям м 4МО 100 160 300 ИЖ> 400 700 >000 1500 2000 «00 «ООО 10000

•мм.. >» д.... кюы. ~

а) кварцевое стекло б) боросиликатное стекло

Рис. 1.2. Спектр пропускания лазерного излучения кварцевого (а) и боросиликатного стекол (б) [37].

Из рисунка 1.2 видно, что данные стекла прозрачны для видимого излучения, а также для ближнего УФ и ИК излучения, поэтому лазерная сварка такой категории стекол является сложной задачей для современных промышленных

лазеров. Для взаимодействия лазерного излучения с прозрачными материалами лучше всего подходят лазеры с длиной волны 3500 нм. Одним из таких лазеров является непрерывный С02 лазера с длиной волны 10,6 мкм. Данный тип лазера активно используется для реализации промышленных лазерных технологий: лазерная сварка, резка, наплавка, термообработка. Учитывая, что на данной длине волны кварцевое и боросиликатное стекло активно поглощают лазерное излучение данной длины волны, то возможна реализация принципа плавления за счет теплопроводности, так и глубокое плавление в режиме «кейхол» (в литературе встречаются названия - «замочная скважина», «кинжальное» проплавление материала). Реализация лазерной сварки стекла при использовании излучения С02 лазера продемонстрирована на рисунке 1.3.

Рис. 1.3. Схема сварки стекла в режиме теплопроводности (левое изображение) и в режиме глубокого проплавления (правое изображение) [38].

Режим теплопроводности, представленный слева на рисунке 1.3, осуществляется при достаточно больших значениях диаметра пятна (от 1 до 5 мм) и мощностях около 70-100 Вт. Данный процесс характеризуется малой производительностью процесса сварки для того, чтобы увеличить погонную

энергию (энергия в единицу времени) и стабилизировать скорость распространения тепла внутрь стекла. При уменьшении размера пятна, при увеличении интенсивности лазерного излучения, возникает эффект канализирования лазерного излучения, так называемая «замочная скважина» или «кейхол», что показано справа на рисунке 1.3. Данный тип сварки характеризуется глубоким проплавлением внутрь материала стекла за счет многократного переотражения лазерного излучения внутри стенок канала. Данный принцип лазерной сварки с глубоким проплавлением («кейхол») реализуется и исследуется при сварке металлов различных толщин [39-41] и имеет схожую физическую основу процесса. Проведенные исследования в рентгеновских лучах динамики сварного шва при сварке стекла лазерами С02 показали, что при движении лазерного источника форма канала видоизменяется за счет жидкой части расплавленного стекла. Данное исследование показывает, что сварка стекла в режиме глубокого проплавления аналогично сварке металлов. На рисунке 1.4 показана схема образования канала при сварке С02 лазером при различных скоростях обработки - 10, 20, 30 и 40 мм/с соответственно.

а) б) в) г)

Рис.1.4. Исследование канала при сварке стекла С02 лазерами в рентгеновских

снимках [42].

При этом стоит отметить, что при лазерной сварке стекла с применением непрерывного С02 лазера часто происходит образование трещин в объеме стекла

из-за усадочных деформаций, вызванных тепловложением в материал стекла с низким КТР, который для данных типов материалов составляет значения порядка 10-6 К-1 [43-44]. Для уменьшения усадочных деформаций при сварке С02 лазером применяются способы по уменьшению толщины свариваемых материалов, а также применяют точечную сварку, чтобы уменьшить величину сварочной ванны, возникающей в процессе воздействия лазерного излучения [45]. При этом прочность на статическое растяжение составляет значения 50-150 МПа для точечной сварки. Одним из наиболее ярких примеров использования лазерной сварки стекла при помощи С02 лазера является соединение волоконно-оптических вращающихся деталей, которые используются для высокоскоростной передачи данных, в медицинских датчиках и стационарных системах для анализа и дальнейшей обработки данных [46]. С целью получения неразъемного соединения между вращающимся и неподвижным пучком волокон, оптические волокна закрепляются к массиву коллиматорных линз, а луч фокусируется на сердцевине волокна. Прочность соединения волокна со стеклянной подложкой составляет значение порядка 326 МПа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мурзаков Максим Александрович, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Cheng H., Chen J. Laser Ablation - From Fundamentals to Applications. — UK, London: Intechopen, 2017. — 270 с.

2. Keshavarz M., Chowdhury R.H., Kassanos P., Tan B., Venkatakrishnan K. Self-assembled N-doped Q-dot carbon nanostructures as a SERS-active biosensor with selective therapeutic functionality // Sensors and Actuators B: Chemical. — 2020. — №. 323.

3. Römer G., Arnaldo Del Cerro D., Pohl R., Chang B., Liimatainen V., Zhou Q., Huis A.J., Veld I. Picosecond Laser Machining of Metallic and Polymer Substrates for Fluidic Driven Self-Alignment // Physics Procedia. — 2012. — №№. 39. — С. 628-635.

4. Sauter-Starace F., Pudda C., Delattre C., Jeanson H., Gillot C., Sarrut N., Constantin O., Blanc R.. Lab on a Chip: advances in packaging for MEMS and Lab on a Chip // 4M 2006 - Second International.

5. Palo R., Mazzarone A.E., Volpe A., Gaudiuso C., Mezzapesa F.P., Spagnolo V., Ancona A. Investigation of Laser-Induced Surface Structures (LIPSS) on quartz and evaluation of their influence on material wettability // Optics & Laser Technology. — 2024. — №. 169. — 2006. — С. 3-7.

6. Martinez A., Dubov M., Khrushchev I., Bennion I. Direct writing of fibre Bragg gratings by femtosecond laser // Electronics letters. — 2024. — №. 19. — С. 11701172.

7. Deng H., Qi D., Wang X., Liu Y., Shangguan S., Zhang J., Shen X., Liu X., Wang J., Zheng H. Femtosecond laser writing of infrared microlens arrays on chalcogenide glass // Optics & Laser Technology. — 2023. — №. 159.

8. Betin A. Yu., Bobrinev V. I., Donchenko S. S., Odinokov S. B., Evtikhiev N. N., Starikov R. S., Starikov S. N., Zlokazov E. Yu. Holographic memory system based on projection recording of computer-generated 1D Fourier holograms // Applied Optics. — 2014. — №. 28. — С. 6591-6597.

9. Hülsenberg D., Harnisch A., Bismarck A. Microstructuring of Glasses. - Berlin: Springer Berlin, Heidelberg, 2008. - 326 с.

10. Fischer H. R., Semprimoschnig C., Mooney C., Rohr T., Eck E., Verkuijlen M. Degradation mechanism of silicone glues under UV irradiation and options for designing materials with increased stability // Polymer Degradation and Stability. — 2013. — №. Volume 98, Issue 3. — С. 720-726.

11. Dahms S., Kulub P., Veinthalb R., Baslera U., Sandigasearch S. Substance-to-substance joining of quartz glass // Estonian Journal of Engineering. — 2009. — №. 15. — С. 131-142.

12. Femtosecond laser pulses weld glass without any additional material. The process is economical and ready for industrial practice. // www.trumpf.com. URL: https://www.trumpf.com/en_SG/newsroom/stories/this-laser-welds-glass-without-any-additional-material/ (дата обращения: 16.05.2024).

13. Murzakov M. A., Evtikhiev N. N., Grezev N. V., Kataev D. M., Shevelkina E. D., Kuznetsova D. Yu., Patrina Zh. G. Effect of physical parameters of laser radiation on the process of weld formation in transparent dielectrics // Laser Physics Letters. — 2023. — №. 20.

14. Murzakov M. A., Evtikhiev N. N., Grezev N. V., Kataev D. M., Shchekin A. S. Effect of burst mode modulation ultrashort pulse laser on the laser processing transparent dielectrics // Laser Physics Letters. — 2024. — №. 21. — С. 025601.

15. Мурзаков М. А., Евтихиев Н. Н., Грезев Н. В., Катаев Д. М., Антипов Д. А., Биндюг Д. В. Исследование влияния параметров фокусирования ультракоротких импульсов в процессах лазерной сварки прозрачных материалов с металлами // Квантовая электроника. — 2024. — №. 54, номер 1. — С. 29-34.

16. Мурзаков М. А., Евтихиев Н. Н., Обронов И. В., Катаев Д. М. Формирование сварных соединений стекла и кремния при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов // Прикладная физика. - 2024. - №. 4. - С. 70-75.

17. Murzakov M.A., Evtikhiev N.N., Oreshkin A.A., Schekin A.S., Kataev D.M. Laser welding of borosilicate glass using by femtosecond fiber lasers // 2022 International Conference Laser Optics (ICLO). - Saint Petersburg, Russian Federation: 2022.

18. Мурзаков М.А., Евтихиев Н.Н., Грезев Н.В., Катаев Д.М., Васильев А.А. Определение степени воздействия лазерного излучения на кремниевую подложку в процессе лазерной сварки кремния и стекла // Лазерные, плазменные исследования и технологии - ЛАПЛАЗ-2023. - М.: НИЯУ МИФИ, 2023. - С. 44.

19. Мурзаков М.А., Евтихиев Н.Н., Грезев Н.В., Катаев Д.М. Формирование сварных соединений металла и стекла при воздействии пикосекундных импульсов // XIII международная конференция по фотонике и информационной оптике: Сборник научных трудов. - М.: НИЯУ МИФИ, 2024. - С. 664.

20. Мурзаков М.А., Евтихиев Н.Н., Грезев Н.В., Катаев Д.М., Щекин А.С. Влияние модуляции ультракороткого импульса на формирование

модифицированной зоны при воздействии на прозрачные диэлектрики // Лазерные, плазменные исследования и технологии - ЛАПЛАЗ-2024. - М.: НИЯУ МИФИ, 2024. - С. 55.

21. Kataev D.M., Evtikhiev N.N., Grezev N.V., Murzakov M.A. Research of ultrashort laser processing Si and glass for microelectronics applications // 2024 International Conference Laser Optics (ICLO). - Saint Petersburg, Russian Federation: 2024.

22. Sun J., Longtin J. P. Novel beam delivery technique for ultrafast laser processing // Therm. Sci. Eng.. — 1999. — №. 7. — С. 81.

23. Gibbon P., Förster E. Short-pulse laser - plasma interactions // Plasma Physics and Controlled Fusion. — 1996. — №. Volume 38, Number 6.

24. Zoubir A., Shah K., Richardson M. Practical uses of femtosecond laser micromaterials processing // Applied Physics A. Materials Science & Processing. — 2003. — №. 77. — С. 311-315.

25. Stuart B. C., Feit M. D., Herman S., Rubenchik A. M., Shore B. W., Perry M. D. Nanosecond-to-femtosecond laser-induced breakdown in dielectrics // Physical Review B. — 1996. — №. 53. — С. 1749-1761.

26. Vogel A., Venugopalan V. Mechanisms of pulsed laser ablation of biological tissues // Chemical Review. — 2003. — №. 103. — С. 577-644.

27. Делоне Н. Нелинейная оптика. — М: Физматлит, 203. — 64 с.

28. Investigations of the dynamics of material removal in ultrashort pulsed laser ablation of dielectrics // refubium.fu-berlin.de. URL: https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/6533 (дата обращения: 20.05.2024).

29. Keldysh L.V. Ionization in the field of a strong electromagnetic wave // Soviet Physics JETP. — 1964. — №. 20.

30. Obata K., Sugioka K., Akane T., Midorikawa K., Aoki N., Toyoda K. Efficient refractive-index modification of fused silica by a resonance-photoionization-like process using F2 and KrF excimer lasers // Optics Letters. — 2002. — №. Vol. 27, Issue 5. — С. 330-332.

31. Tien A., Backus S., Kapteyn H., Kapteyn H.C., Murnane M., Mourou G. Short-Pulse Laser Damage in Transparent Materials as a Function of Pulse Duration // Physical Review Letters. — 1999. — №. Phys. Rev. Lett., 82.

32. Miyamoto I. Laser welding of glass. — United Kingdom: Woodhead , 2013. — 301-331 с.

33. Davis K. M., Miura K., Sugimoto N., Hirao K. Writing waveguides in glass with a femtosecond laser // Optics Letters. — 1996. — №. Vol. 21, Issue 21. — С. 17291731.

34. Hnatovsky C., Taylor R. S., Rajeev P. P., Simova E., Bhardwaj V. R., Rayner D. M., Corkum P. B. Pulse duration dependence of femtosecond-laser-fabricated nanogratings in fused silica // Appl. Phys.. — 2005. — №. 87.

35. Hnatovsky C., Taylor R. S., Simova E., Bhardwaj V. R., Rayner D. M., Corkum P.

B. Polarization-selective etching in femtosecond laser-assisted microfluidic channel fabrication in fused silica // Optics Letts.. — 2005. — №. 30.

36. Watanabe M., Sun H., Juodkazis S., Takahashi T., Matsuo S., Suzuki Y., Nishii J., Misawa H. Three-dimensional optical data storage in vitreous silica // Appl. Phys. — 1998. — №. 7 (Part 2, No. 12B). — С. 1527-1530.

37. Зависимость коэффициента пропускания материалов окна от длины волны // avacuum.ru. URL: https://avacuum.ru/rus/armature/viewports/i19/ (дата обращения: 16.05.2024).

38. Miyamoto I., Knorovsky G.A. Laser microwelding in Microjoining and Nanojoining. — Cambridge: Woodhead Publishing, 2008.

39. Eriksson I., Powell J., Kaplan A.F.H. Melt behavior on the keyhole front during high-speed laser welding // Optics and Lasers in Engineering. — 2013. — №. 51(6). — С. 735-740.

40. Rai R., Elmer J. W., Palmer T.A., DebRoy T. Heat transfer and fluid flow during keyhole mode laser welding of tantalum, Ti-6Al-4V, 304L stainless steel and vanadium // Journal of Physics D: Applied Physics. — 2007. — №. 40(18):5753.

41. Semak V. V., West J. C., Hopkins J. A., McCay M. H., McCay T. D. Shape and position of keyhole during laser welding // ICALEO '95: Proceedings of the Laser Materials Processing Conference. — FL, 1995.

42. Arata Y., Maruo H., Miyamoto I., Takeuchi S. Dynamic behavior of laser welding and cutting // roc. Symp. Electron and Ion Beam Science and Technology. — 1976. —

C. 111-128.

43. Arata Y., Maruo H., Miyamoto I., Takeuchi S. Dynamic behavior of laser weldingand cutting // Proc. Symp. Electron and Ion Beam Science and Technology 7th Int.

44. Stabler C., Reitz A., Stein P., Albert B., Riedel R., Ionescu E. Thermal Properties of SiOC Glasses and GlassCeramics at Elevated Temperatures // Materials. - 2018. -№11. - С. 1-18.

45. Levesque M., Labrnche B., Forest R., Savard E., Deshaies S., Cournoyer A. Welding of glass pieces // Proc. 6th Int. Conf. on Photonic Technologies (LANE). — 2010. — С. 139-144.

46. Schaefer L., Schmidt M. Welding of glass fibers onto large-scale substrates with high mechanical stability and optical quality // Proc. 6th Int. Conf. on Photonic Technologies (LANE). — 2010. — С. 145-152.

47. Miyamoto I., Cvecek K., Schmidt M. Valuation of nonlinear absorptivity in internal modification of bulk glass by ultrashort laser pulses // Optics Express. — 2011.

— №. 19. — С. 10714-10727.

48. Nahen K., Vogel A. Plasma formation in water by picosecond and nanosecond Nd:YAG laser pulses - Part II: transmission, scattering, and reflection // J. Sel. Top. Quant. Electron. — 1996. — №. 2. — С. 861-871.

49. Tamaki T., Watanabe W., Nishii J., Itoh K. Welding of Transparent Materials Using Femtosecond Laser Pulses // Takayuki Tamaki et al 2005 Jpn. J. Appl. Phys. — 2005. — №. 44. — С. 687.

50. Watanabe W., Onda S., Tamaki T., Itoh K. Direct joining of glass substrates by 1 kHz femtosecond laser pulses // Applied Physics B. - 2006. - №87. - С.85-89.

51. Transparent Material Processing with an Ultrashort Pulse Laser // Патент US-20100084384-A1. 2005. / Fumiyo Y., James B., Alan A.

52. Tamaki T., Watanabe W., Itoh K. Laser micro-welding of transparent materials by a localized heat accumulation effect using a femtosecond fiber laser at 1558 nm // Optics Express. — 2006. — №. 14. — С. 10460-10468.

53. Tamaki T., Watanabe W., Itoh K. Hole Formation Process in Ultrashort Pulse Laser Percussion Drilling // Optics Express. — 2006. — №. 14. — С. 10460-10468.

54. Bauer F., Michalowski A., Kiedrowski T., Nolte S. Heat accumulation in ultrashort pulsed scanning laser ablation of metals // Optics Express. — 2015. — №. 23(2).

— С. 1035.

55. Nolte S., Dausinger F. Ultrashort Pulse Laser Technology: Laser Sources and Applications. — 1 изд. — Luxembourg: Springer, 2015. — 376 с.

56. Miyamoto I., Horn A., Gottmann J. Local Melting of Glass Material and Its Application to Direct Fusion Welding by Ps-laser Pulses // Journal of Laser Micro/Nanoengineering. — 2007. — №. 2:7.

57. Marvin J. Weber Handbook of Optical Materials. — 1 изд. — Boca Raton: CRC Press, 2002.

58. Topcu T., Robicheaux F. Dichotomy between tunneling and multiphoton ionization in atomic photoionization: Keldysh parameter у versus scaled frequency Q // Phys. Rev. A 86, 053407. — 2012.

59. Diels J., Wolfgang R. Ultrashort Laser Pulse Phenomena: Fundamentals, Techniques, and Applications on a Femtosecond Time Scale. — 1 изд. — English: Academic Press; 1st edition, 1996. — 581 с.

60. Senn F., Holtz R., Gross-Barsnick S., Reisgen U. Frequency dependence of nonlinear absorption in fused silica measured with picosecond pulses at various focal lengths // Optics Express. — 2019. — №. 27. — С. 27628-27636.

61. Miyamoto I., Cvecek K., Okamoto Y., Schmidt M. Internal modification of glass by ultrashort laser pulse and its application to microwelding // Applied Physics A. — 2014. — №. 114. — С. 187-208.

62. Poprawe R. Lasertechnik für die Fertigung. — Berlin: Springer, 2005. — 130 с.

63. Pfalzner S. Introduction to Inertial Confinement Fusion. — 1 изд. — London: Taylor and Francis Group, 2006. — 73 с.

64. Cvecek K., Miyamoto I., Heberle J., Bergler M., Schmidt M. 10th CIRP Conf. on Photonic Technologies // Proc. CIRP. — 2018. — №. 74. — С. 339.

65. Vogel A., Rockwell B. Roles of Tunneling, Multiphoton Ionization, and Cascade Ionization for Femtosecond Optical Breakdown in Aqueous Media // AFOSR International Research Initiative Project SPC 053010 / EOARD. - 2009. - №Grant FA 8655-05-1-3010. - С. 208.

66. Makabe T., Li Z. Petrovic Plasma Electronics. — 2 изд. — London: Taylor and Francis Group, 2006. — 412 с.

67. Alexeev I., Heberle J., Cvecek K., Nagulin K. Y., Schmidt M. High Speed PumpProbe Apparatus for Observation of Transitional Effects in Ultrafast Laser Micromachining Processes // Micromachines . — 2015. — №. 6. — С. 11.

68. Miyamoto I., Okamoto Y., Tanabe R., Ito Y., Cvecek K., Schmidt M. Mechanism of dynamic plasma motion in internal modification of glass by fs-laser pulses at high pulse repetition rate // Optics Express. — 2016. — №. 24, 22. — С. 25718-25731.

69. Davis K. M., Miura K., Sugimoto N., Hirao K. Writing waveguides in glass with a femtosecond laser // Optics Letters. — 1996. — №. 21. — C. 1729-1731.

70. Gottmann J., Hermans M., Repiev N., Ortmann J. Selective Laser-Induced Etching of 3D Precision Quartz Glass Components for Microfluidic Applications—Up-Scaling of Complexity and Speed // Micromachines. — 2017. — №. 8.

71. Cvecek K., Odato R., Dehmel S., Miyamoto I., Schmidt M. Gap bridging in joining of glass using ultra short laser pulses // Optica Publishing Group. — 2015. — №. 23. — C. 5681-5693.

72. Cvecek K., Miyamoto I., Strauss J., Wolf M., Frick T., Schmidt M. Sample preparation method for glass welding by ultrashort laser pulses yields higher seam strength // Appl. Opt. — 2011.

73. Richter S., Döring S., Tünnermann A., Nolte S. Bonding of glass with femtosecond laser pulses at high repetition rates // Appl. Phys. A. — 2011. — №. 103. — C. 257261.

74. Tang Z., Shi T., Liao G., Liu S. Modeling the formation of spontaneous wafer direct bonding under low temperature. // Microelectron. Eng. - 2008. - №85. - C. 1754-1757.

75. Chen J., Carter R., Thomson R., Hand D. Avoiding the requirement for pre-existing optical contact during picosecond laser glass-to-glass welding // Optics Express. -2015. - №23. - C. 18645-18657.

76. Richter S., Zimmermann F., Eberhardt R., Tünnermann A., Nolte S. Toward laser welding of glasses without optical // Applied Physics A. — 2015. — №. 121. — C. 19.

77. Chen H., Deng L., Duan J., Zeng X. Picosecond laser welding of glasses with a large gap by a rapid oscillating scan // Optics Letters. — 2019. — №. 44. — C. 25702573.

78. Cvecek K., Alexeev I., Miyamoto I., Schmidt M. Defect formation in glass welding by means of ultra short laser pulses // Physics Procedia. — 2010. — №. 5. — C. 495502.

79. Cvecek K., Stenglein F., Miyamoto I., Schmidt M. A review on glass welding by ultra-short laser pulses // International Journal of Extreme Manufacturing. — 2019. — №. 2019.

80. Jia X., Li K., Li Z., Wang C., Chen J., Cui S. Multi-scan picosecond laser welding of non-optical contact soda lime glass // Optics & Laser Technology. - 2023. - №161

81. Sugioka K., Chen Y. Ultrafast lasers — Reliable tools for advanced materials processing // Appl. Phys. — 2014. — №. 1. — C.041302.

82. Sugioka K. Progress in ultrafast laser processing and future prospects // Nanophotonics. — 2016. — №. 6. — C. 393.

83. Gottmann J., Hermans M., Repiev N., Wortmann J. Advances of Laser Welding Technology of Glass // Micromachines. — 2017. — №. 8. — C. 10.

84. Kim S., Kim J., Joung Y., Choi J., Koo C. Bonding Strength of a Glass Microfluidic Device Fabricated by Femtosecond Laser Micromachining and Direct Welding // Micromachines. — 2017. — №. 9. — C. 639.

85. Wlodarczyk L., Carter R. M., Jahanbakhsh A., Lopes A. A., Mackenzie M. D., Maier R. J., Hand D. P., Maroto-Valer M. M. Rapid Laser Manufacturing of Microfluidic Devices from Glass Substrates // Micromachines. — 2018. — №. 9. — C. 409.

86. Bhattacharya S., Datta A., Berg J.M., Gangopadhyay S. Studies on surface wettability of polydimethyl siloxane (PDMS) and glass under oxygen-plasma treatment and correlation with bond strength // IEEE. — 2005. — №. 14. — C. 590.

87. Kim S., Park J., So S., Ahn S., Choi J., Joung Y. Characteristics of an Implantable Blood Pressure Sensor Packaged by Ultrafast Laser Microwelding // Sensors. — 2019.

— №. 18. — C.1801.

88. Hélie D., Gouin S., Vallée R. Assembling an endcap to optical fibers by femtosecond laser welding and milling // Opt. Mater. Express. — 2013. — №. 3. — C. 1742-1754.

89. Kaiser E. Laser Welding of Glass Replaces Glueing Procedure // Laser Technik Journal. — 2016. — №. 13. — C. 22-25.

90. Couairon A., Mysyrowicz A. Femtosecond filamentation in transparent media // Physics Reports. — 2007. — №. 441. — C. 47-189.

91. Russell P. Photonic-Crystal Fibers // Journal of Lightwave Technology. — 2006.

— №. 24. — C. 4729-4749.

92. Lipateva T. O., Okhrimchuk A.G., Lipatiev A.S., Karateev I.A., Fedotov S. S., Lotarev S. V., Shestakov A. V., Sigaev V.N. Robust and adhesive-free joint of Nd:YAG crystals by femtosecond laser-assisted welding // Optics & Laser Technology. — 2022. — №. 146.

93. Utsumi A., Ooie T., Yano T., Katsumura M. Direct Bonding of Glass and Metal Using Short Pulsed Laser // JLMN-Journal of Laser Micro/Nanoengineering. — 2007. — №. 2. — C. 133.

94. Ozeki Y., Inoue T., Tamaki T., Yamaguchi H., Onda S., Watanabe W., Sano T., Nishiuchi S. A Hirose and K Itoh Direct welding between copper and glass substrates with femtosecond laser pulses // Appl. Phys. Express. — 2008. — №. 1.

95. Zhang G., Cheng G. Direct welding of glass and metal by 1 kHz femtosecond laser pulses // Appl. Opt.. — 2015. — №. 54. — C. 8957.

96. Matsuyoshi S., Mizuguchi Y., Muratsugu A., Yamada H., Tamaki T., Watanabe W. Welding of Glass and Copper with a Rough Surface using Femtosecond Fiber Laser Pulses // Journal of Laser Micro/Nanoengineering. — 2018. — №. 13. — C. 21.

97. Carter R., Chen J., Shephard J. D., Thomson R. R., Hand D. P. Picosecond laser welding of similar and dissimilar materials // Appl. Opt.— 2014. — №. 53. — C. 42334238.

98. Carter R., Troughton M., Chen J., Elder I., Thomson R. R., Esser M. J. D., Lamb R. A., Hand D. P. Towards industrial ultrafast laser microwelding: SiO2 and BK7 to aluminum alloy // Appl. Opt. — 2017. — №. 56. — C. 4873-4881.

99. Ciuca O. P., Carter R. M., Prangnell P. B., Hand D. P. Characterisation of weld zone reactions in dissimilar glass-to-aluminium pulsed picosecond laser welds // Mater. Charact. — 2016. — №. 120. — C. 53.

100. Lipat'eva T. O., Fedotov S. S., Lipat'ev A. S., Lotarev S. V., Shakhgil'dyan G. Yu., Ryabov K. V., Sigaev V. N. Precision Laser Welding of Silica Glass with Iron-Nickel Alloy // Glass and Ceramics. — 2021. — №. 77. — C. 435-437.

101. Miyamoto I., Okamoto Y., Hansen A., Vihinen J., Amberla T., Kangastupa J. High speed, high strength microwelding of Si/glass using ps-laser pulses // Opt. Express. — 2015. — №. 23. — C. 3427.

102. Horn A., Mingareev I., Werth A., Kachel M., Brenk U. Investigations on ultrafast welding of glass-glass and glass-silicon // Appl. Phys. — 2008. — №. 93. — C. 171175.

103. Nordin I. H.W., Okamoto Y., Okada A., Jiang H., Sakagawa T. Effect of wavelength and pulse duration on laser micro-welding of monocrystalline silicon and glass // Appl. Phys. A. — 2016. — №. 122. — C. 400.

104. Jellison G. E., Lowndes D. H. Optical absorption coefficient of silicon at 1.152 ^ at elevated temperatures // Appl. Phys. Lett. — 1982. — №. 41. — C. 594.

105. Rajkanan K., Singh R., Schewchun J. Absorption Coefficient of Silicon for Solar Cell Calculations // Solidstate Electronics. — 1979. — №. 22. — C. 793-795.

106. Stolberg K., Kremser B., Friedel S., Atsuta Y. Systematic optimization of process parameter in laser drilling of 200 ^m photovoltaic silicon wafer using new kind of nanosecond IR laser // J. Laser Micro/Nanoeng. — 2007. — №. 2. — C. 7.

107. Wallis G., Pomerantz D. Field Assisted Glass-Metal Sealin // J. Appl. Phys. — 1969. — №. 40. — C. 3946.

108. Kennedy P. K. A first-order model for computation of laser-induced breakdown thresholds in ocular and aqueous media. I. Theory // IEEE J. Quantum Electron. — 1995. — №. 31. — C. 2241.

109. Noack J., Vogel A. Laser-Induced Plasma Formation in Water at Nanosecond to Femtosecond Time Scales: Calculation of Thresholds, Absorption Coefficients, and Energy Density // IEEE J. Quantum Electron. — 1999. — №. 35. — C. 1156 - 1167.

110. Sun M., Eppelt U., Schulz W., Zhu J. Role of thermal ionization in internal modification of bulk borosilicate glass with picosecond laser pulses at high repetition rates // Optical Materials Express. - 2013. - №3. - C. 1716-1726.

111. Kongsuwan P., Satoh G., Yao L. Transmission Welding of Glass by Femtosecond Laser: Mechanism and Fracture Strength // J. Manuf. Sci. Eng. — 2012. — №2. 134. — C. 11.

112. Song J., Wang X., Hu X., Dai Y., Qiu J., Cheng Y., Xu Z. Formation Mechanism of Self-Organized Voids in Dielectrics Induced by Tightly Focused Femtosecond Laser Pulses // Applied Physics Letters. — 2008. — №. 92.

113. Gstalter M., Chabrol G., Bahouka A., Dorkenoo K., Rehspringer J., Lecler S. Long focal length high repetition rate femtosecond laser glass welding // Appl Opt.. — 2019. — №. 10. — C. 8858-8864.

114. Miyamoto I., Cvecek K., Schmidt M. Crack-free conditions in welding of glass by ultrashort laser pulse // Optics Express. — 2013. — №. 21. — C. 14291-14302.

115. Shen H., Tian C., Jiang Z. Prediction of internal modification size in glass induced by ultrafast laser scanning // Optics Express. — 2021. — №. 29. — C. 21711-21726.

116. Tan H., Zhang Y., Liu Y., Fu X. ANSYS Workbench simulation of glass welding by femtosecond laser pulses // Infrared Physics & Technology. — 2019. — №. 98. — C. 334-340.

117. Sahoo P., Feng T., Qiao J. Dynamic pulse propagation modelling for predictive femtosecond-laser-microbonding of transparent materials // Optics Express. — 2020.

— №. 28. — С. 31103-31118.

118. Bulgakova N. M., Zhukov V. P., Meshcheryakov Yu. P. Theoretical treatments of ultrashort pulse laser processing of transparent materials: Toward understanding the volume nanograting formation and "quill" writing effect // Applied Physics B. — 2013.

— №. 113. — С. 437-449.

119. Hendow S., Shakir S., Sousa J. MOPA fiber laser with controlled pulse width and peak power for optimizing micromachining applications // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. — 2010. — №. 42. — С. 7584.

120. Xingsheng Wang, Yuke Huang, Chengyu Li, Bin Xu. Numerical simulation and experimental study on picosecond laser ablation of stainless steel // Optics and Laser Technology. — 2020. — №. 127. — С. 106150.

121. Богданов А. В., Голубенко Ю. В. Волоконные технологические лазеры и их применение. — 5 изд. — Санкт-Петербург: Лань, 2016. — 236 с.

122. Eaton S.M., Cerullo G., Osellame R. Thermal writing of photonic devices in glass and polymers by femtosecond lasers. — 1 изд. — Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials, 2012. — 373 с.

123. Akhtar K., Khan S.A., Khan S.B., Asiri A.M. Scanning Electron Microscopy: Principle and Applications in Nanomaterials Characterization. — Springer, Cham: Handbook of Materials Characterization, 2018. — 613 с.

124. Coherence Scanning Interferometry // e-education.psu.edu. URL: https://www.e-education.psu.edu/mcl-optpro/theory/node795 (дата обращения: 24.06.2024).

125. Qiang Li, Huiying Lao, Jia Lin, Yuping Chen, Xianfeng Chen. 127. Study of femtosecond ablation on aluminum film with 3D two-temperature model and experimental verifications // Appl Phys A. — 2011. — №. 105. — С. 125-129.

126. Chen J.K., Tzou D.Y., Beraun J.E. A semiclassical two-temperature model for ultrafast laser heating // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2006. - №49.

— С.307-316.

127. Naldo S. B., Bernotas A. V., Donovan B. F. Understanding the sensitivity of the two-temperature model for electron-phonon coupling measurements // Applied Physics. — 2020. — №. 128.

128. Lak F., Rezvani M. Optical characterization of BK7 borosilicate glasses containing different amounts of CeO2 // Advanced Ceramics Progress. — 2016. — №. 2. — С. 17-24.

129. Gattass R. R., Mazur E. Femtosecond laser micromachining in transparent materials // Nature Photonics. — 2008. — №. 2. — С. 219-225.

130. Mauclair C., Mermillod-Blondin A., Mishchik K., Bonse J., Rosenfeld A., Colombier J. P., Stoian R. // High Power Laser Science and Engineering. — 2016. — №. 4. — С. 46-54.

131. K. Kiran Kumar, G. L. Samuel, M. S. Shunmugam. Theoretical and experimental Investigations of Ultra-short Pulse Laser Interaction on Ti6Al4V alloy // Journal of Materials Processing Technology. — 2018. — №. 263. — С. 266-275.

132. Burakov I. M., Bulgakova N. M., Stoian R., Mermillod-Blondin A., Audouard E., Rosenfeld A., Husakou A., Hertel I. V. Spatial distribution of refractive index variations induced in bulk fused silica by single ultrashort and short laser pulses // J. Appl. Phys.— 2007. — №. 101.

133. Kumar B., Thareja R.K. Synthesis of aluminum oxide nanoparticles using laser ablation in liquid // Physica Status Solidi (C) Current Topics in Solid State Physics. — 2010. — №. 7. — С. 1409 - 1412.

134. Chambonneau M., Li Q., Blothe Stree M., Arumugam V., Nolte S. Ultrafast Laser Welding of Silicon // Advanced Photonics Research. — 2023. — №. 4.

135. Климков Ю.М., Майоров В.С., Хорошев М.В. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. — М: МИИГАиК, 2014. — 108 с.