Лазерная модификация структуры пористых стекол: физико-технологические основы и применения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.03, кандидат наук Заколдаев, Роман Алексеевич

• Заколдаев, Роман Алексеевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Заколдаев, Роман Алексеевич

Оглавление

Введение

Глава 1 Перспективные материалы фотоники и методы лазерной модификации их структуры. Обзор литературы

1.1 Матрицы SiO2 - основа для фотонных устройств

1.2 Лазерное структурирование в оптических материалах

1.3 Лазерное формирование функциональных микрокомпонентов в стеклообразных материалах

1.4 Лазерная обработка пористых сред, пористые среды в диагностических устройствах

1.5 Выводы к Главе 1

Глава 2 Локальная модификация структуры пористых стекол фемто- и пикосекундными лазерными импульсами

2.1 Вводные положения

2.2 Локальное уплотнение структуры ПС фемтосекундными лазерными импульсами

2.2.1 Формирование светопроводящих протяженных областей уплотнения в пластине ПС

2.3 Локальное разуплотнение структуры ПС фемтосекундными лазерными импульсами

2.3.1 Влияние термической обработки на свойства областей разуплотнения в ПС

2.4 Формирование микроканалов в пластине ПС

2.5 Выводы

Глава 3 Лазерное структурирование ПС, импрегнированного примесями

3.1 Вводные положения

3.2 Лазерная обработка пропитанного ПС органическими красителями

3.3 Выводы к Главе 3

Глава 4 Исследование возможности создания интегрального индикатора на базе ПС

4.1 Вводные положения

4.2 Сквозное уплотнение пластины ПС

4.3 Тестирование проницаемости барьеров в ПС

4.5 Интегральный индикатор для анализа окружающей среды на базе пластины ПС

4.6 Выводы

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерная модификация структуры пористых стекол: физико-технологические основы и применения»

Введение

Стекло и стеклокерамические материалы все чаще используются при изготовлении фотонных интегральных микросистем, а также микроаналитических и сенсорных устройств [1, 2]. Преобладающее присутствие SiO2 в оптических материалах придает им уникальные физико-химические свойства (прежде всего, «оптическую» прозрачность, механическую твердость, термостойкость, электрическую прочность и оптическую стойкость, а также химическую устойчивость). В то же время, перечисленные достоинства делают задачу микрообработки таких материалов трудоемкой и сложной в реализации. В таких случаях для модификации структуры стекла используется лазерное излучение с фемтосекундной длительностью импульсов, при фокусировке которого обеспечивается плотность мощности порядка ГВт/см2 и выше, что достаточно для нелинейного поглощения излучения в материале [3-26].

Локальная лазерная модификация стекла может сопровождаться: изменением показателя преломления, формированием наноразмерных периодических областей разуплотнения и образованием микропустот. Так или иначе, эти изменения связаны с варьированием плотности материала. Однако, существующие лазерные методы локальной обработки монолитных стекол плохо управляемы по размерам получаемых областей, диапазону получаемых параметров, имеют чрезвычайно узкую технологическую нишу параметров и существенно ограничены созданием волноводных структур и микро- и нанополостей.

Следуя этим соображениям, базой для таких структур может стать изначально менее плотный и прочный (по сравнению с плавленым кварцем) материал, например, пористое стекло (ПС) [27]. Состав ПС практически соответствует плавленому кварцу [28], а присущая ему пористость позволяет уплотнить его, допуская возможность значительного варьирования показателем преломления Дп. Высокая адсорбционная способность определяет применение ПС в качестве матриц для пропитки различными веществами [29-31]. При этом можно реализовать размер пор такого материала значительно меньше длины

волны видимого излучения, что обеспечивает высокое пропускание материала в видимом спектральном диапазоне [32] и позволяет использовать его в качестве матрицы для фотонных приложений [33, 34]. ПС, в том числе импрегнированные, используются для изготовления датчиков [35], сенсоров [36], микроаналитических систем, лабораторий на чипе [37, 38] и т.п. В работах групп И.К. Мешковского [39] и А.Ф. Новикова [40], а также Г.Б. Альтшуллера и Е.Г. Дульневой (разработкой занимались в Университете ИТМО) были рассмотрены различные варианты исполнения чувствительных элементов на базе пластин ПС -фоточувствительные системы, фильтры на основе органических красителей, индикаторы, твердотельно-жидкостные лазеры и т.д. Были продемонстрированы результаты работы газоанализатора, состоящего из массива пластин ПС, пропитанных органическими красителями, реагирующими на изменения окружающей атмосферы [41].

Однако об интеграции элементов на одной пластине ПС не было и речи в силу отсутствия технологий, позволяющих локально изменять плотность этого материала, создавая на одной пластине стекла набор физических барьеров, что позволило бы локально управлять адсорбционными и другими процессами в ПС.

Процесс локального уплотнения ПС был впервые реализован в Университете ИТМО в группе В.П. Вейко с использованием излучения СО2 лазера [42]. Интенсивное поглощение лазерного излучения на кремний-кислородных связях приводит к локальному нагреву стекла, изменению его вязкости и последующее схлопывание пор. Следует отметить, что все процессы протекают только в приповерхностном слое и глубина уплотнения ограничена теплофизическими характеристиками ПС и размером зоны облучения [43]. При таком механизме уплотнения ПС практически невозможно достигнуть изменения плотности на заданной глубине образца (при его толщине 1 - 1,5 мм).

Реализовать локальное изменение структуры в прозрачном диэлектрическом материале возможно при использовании лазерных источников, излучение которых слабо поглощается материалом, но при острой фокусировке на

заданную глубину способно вызвать нелинейное поглощение. На момент начала кандидатской диссертации создание монолитных областей уплотнения в пластинах ПС лазерными импульсами с фемтосекундной длительностью не было реализовано.

В настоящей диссертации предложены пути и разработаны методики управления плотностью пластин ПС при комбинированном действии фемтосекундных, пикосекундных лазерных импульсов и излучения СО2-лазера. Процесс сквозного локального уплотнения пластин ПС, осуществляемый при комбинированном действии фемтосекундных лазерных импульсов и излучения СО2-лазера нашел свое применение при создании как молекулярных барьеров для сепарации раствора, состоящего из молекул различного размера, так и в создании интегрированного сенсора, используемого для детектирования газового состава окружающей среды. Процесс локального разуплотнения под действием пикосекундных лазерных импульсов позволил значительно упростить создание полых микроканалов. Таким образом, оказывается возможным сформировать на одной и той же подложке функциональные микроструктуры, которые имеют различные свойства (гидрофобные, световодные, микрофлюидные).

Цель диссертационной работы разработка методов локального изменения плотности ПС действием лазерных импульсов с пико- и фемтосекундной длительностью и путей их использования для интеграции функциональных элементов в заготовку ПС.

Задачи работы:

1. изучить возможность локального изменения плотности пластин ПС при воздействии фемтосекундных и пикосекундных лазерных импульсов;

2. выявить режимы локального изменения плотности пластин ПС излучением с фемтосекундной длительностью импульсов, приводящие к уплотнению и разуплотнению структуры ПС;

3. исследовать структурные особенности областей с измененной плотностью, сформированные внутри пластин ПС лазерными импульсами с фемтосекундной и пикосекундной длительностью;

4. определить области рабочих режимов лазерной обработки композиционного материала на основе ПС, пропитанного различными красителями;

5. исследовать возможность создания барьеров с управляемой проницаемостью в пластине ПС и изучить возможность их применения при изготовлении интегрального индикатора газовой составляющей окружающей среды.

Научная новизна работы:

1. Впервые показана возможность и определены условия локального увеличения плотности вещества внутри пластин ПС под действием фемтосекундных лазерных импульсов.

2. Показано, что пропитка ПС поглощающими примесями позволяет проводить уплотнение его структуры при меньших энергетических затратах.

3. Впервые показана возможность сквозной вертикальной герметизации пластины ПС, позволяющей реализовать горизонтальную интеграцию элементов и устройств на его базе.

Практическая значимость работы:

1. Предложенные методы локального уплотнения и разуплотнения материала внутри пластин ПС фемтосекундными лазерными импульсами использованы для создания светопроводящих и полых микроканалов.

2. Показана возможность создания вертикальных физико-химических (молекулярных) барьеров, непроницаемых или частично проницаемых для внедренных в ПС импрегнантов.

3. Показана возможность горизонтального интегрирования в ПС на примере независимых газоаналитических ячеек.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Локальное уплотнение ПС может быть реализовано при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов в предпробойных режимах за счет комбинации воздействия термических напряжений и вязко-упругого течения ПС. Режим уплотнения ограничен дозой облучения: снизу - появлением области термоупругого уплотнения, а сверху-пробоем ПС и появлением области разуплотнения.

2. Заполнение пор стекла жидкостью позволяет существенно расширить диапазон плотностей мощности (дозы облучения), допустимых для реализации процесса уплотнения ПС фемтосекундными лазерными импульсами за счет изменения вязкости материала, а при заполнении пор поглощающим красителем дополнительно снижается энергетический порог процесса уплотнения.

3. Вертикальные барьеры, непроницаемые или частично проницаемые для химических соединений, импрегнированных в пластины ПС, могут быть реализованы путем комбинированного воздействия фемтосекундных лазерных импульсов в объеме материала и излучения СО2-лазера для дополнительного уплотнения поверхности.

4. Сформированные в ПС барьеры обеспечивают физико-химическую изоляцию отдельных пористых ячеек, что позволяет им функционировать независимо друг от друга.

Структура и объем диссертации

Диссертация включает в себя введение, четыре главы, заключение, список цитируемой литературы из 184 наименований. Материалы работы представлены на 94 страницах, включая 40 рисунков.

Глава 1 Перспективные материалы фотоники и методы лазерной модификации их структуры. Обзор литературы

1.1 Матрицы SЮ2 - основа для фотонных устройств

Несомненно, оксид кремния ^Ю2), является не только самым распространенным материалом в земной коре, но и наиболее распространенным компонентом оптических сред. Преобладающее присутствие SiO2 в оптических материалах придает им уникальные физико-химические свойства, и, прежде всего, «оптическую» прозрачность, а также механическую твердость, термостойкость, электрическую прочность и оптическую стойкость, химическую устойчивость и т.д. Оборотной стороной такой устойчивости к воздействию внешних факторов является сложность обработки кварцевых стекол, когда лишь ограниченный набор механических и химических методов может быть использован для этой цели. А вместе с тем, создание материала со всеми достоинствами кварцевых стекол, который бы можно было локально, специализировать означало бы прорыв в фотонике и других областях применения кварцевого стекла. Таким образом, актуальной проблемой является поиск неких функциональных материалов на основе силикатного стекла и, одновременно, средств, реализующих локальное изменение их свойств и, одновременно, средств, реализующих такую возможность, а также разработка методов их применения. Подобные исследования по созданию функциональных структур и элементов внутри прозрачного материала на основе различных подходов проводятся в последнее время (волноводы [8, 44-47], сенсоры [48], микрофлюидные каналы [49], оптофлюидные каналы [50], голографические решетки [51], волноводные усилители [52], фотонные кристаллы из массива микро- и наноструктур [53-56]). Целью развития этого направления является реализация функциональных фотонных систем при взаимной стыковке элементов на одном образце оптического материала [49, 57-59].

Весьма большие возможности изменения состава и свойств предоставляет пористое стекло (ПС). По составу ПС более чем на 90% состоит из БЮ2 и

обладает развитой структурой - кремнеземным каркасом, который представляет собой разветвленную сеть каналов (с размером от 10 до 2000 нм), заполненных глобулами нанодисперсного гидратированного SiO2 [60] (Рисунок 1.1, а). Согласно классификации пористых стекол, оно может быть разделено на 3 категории: микропористое (диаметр пор менее 2 нм); мезопористое (диаметр пор 2 - 50 нм) и макропористое (диаметр пор более 50 нм) [60, 61]. Столь малые размеры пор делают этот материал оптически прозрачным (пропусканием света 0,8 - 0,9 в оптическом диапазоне длин волн X = 0,4 - 1,2 мкм, при толщине заготовок-пластин 1,5 мм), что позволяет найти его применение в научных областях, связанных с фотоникой.

Рисунок 1.1 Электронная микроскопия ПС с размером пор ~ 70 нм [62] (а). ПС импрегнированное галогенидом серебра [63] (б) Наличие свободного (порового) пространства позволяет производить эффективное импрегнирование (химическую пропитку) ПС, когда оно используется в качестве матриц для неорганических (кристаллы [64], металлы [65]) или органических соединений (красители [29], липиды [66], аминокислоты), наночастиц [67] или одноклеточных организмов [68]. Таким образом, пропитка ПС различными веществами позволяет создать новый тип композиционных оптических материалов с желаемыми свойствами [62, 69], в то время, как внедрение биологически активных объектов позволяет производить исследование их взаимодействия с реагентами [70]. В частности, в работах [71] при участии автора диссертации показано, что в результате импрегнирования ПС галогенидами серебра и меди (Рисунок 1.1, б) получают фотохромные ПС [72],

чувствительные к лазерному излучению. Лазерная обработка фотохромных ПС локально изменяет их свойства при изменении плотности стекла в области воздействия и размер, состав, и концентрацию частиц серебра. В работе при участии автора диссертации изучена возможность уплотнения поверхности пластин ПС лазерно-индуцированной микроплазмой с целью сохранения внутренней структуры ПС от химической деградации и старения [73].

Для импрегнирования ПС выбранным соединением и создания на его базе специализированных оптических элементов необходимо уметь управлять параметрами подобных пористых сред, что подразумевает управление плотностью, химическим составом, а также оптическими свойствами и пр. Эти задачи успешно решаются химико-термическими методами в процессе изготовления исходных заготовок ПС. На базе изложенных технологий пористые стекла давно используются для газового анализа и других аналитических целей [68, 74, 75]. Однако, все эти методы позволяют лишь создать «общий фон» заданной примеси в ПС, равномерно распределенной по всему объему заготовки.

Возможность локального управление параметрами ПС, на базе чего можно было бы приступить к созданию интегрированных устройств на основе ПС к началу представляемой диссертационной работы представлялась проблемной, т.к. отсутствовали методы создания непроницаемых или частично проницаемых стенок в их структуре. Задача состояла в создании в пластинах ПС толщиной 1,01,5 мм стенок на всю глубину структуры, которые представляли бы собой определенным образом, расположенный в пространстве набор физических и химических барьеров, полностью непроницаемых или частично проницаемых (молекулярные барьеры) для органических реагентов/аналитов. Ранее были продемонстрированы результаты импринтинга (выдавливание нанорельефа) поверхности ПС [35]. Подобные изменения плотности материала касаются только поверхностного слоя пластины, а сама технология требует многоэтапной предподготовки пористой матрицы и шаблона. Одним из доступных методов управления плотностью ПС, предложенным в группе В.П. Вейко, является воздействие излучения СО2 лазера, которое интенсивно поглощается матрицей

стекла, достигаемая температура приводит к локальному изменению вязкости и схлопыванию пор в области воздействия [33, 76] (Рисунок 1.2 а). Однако, в этом случае уплотнение структуры стекла также происходит только с поверхности заготовки и ограничено теплофизическими характеристиками ПС, длительностью и размером зоны облучения [77]. При таком механизме уплотнения ПС практически невозможно достигнуть локализации изменения плотности по всей толщине образца в виде физического барьера. Для формирования объемных структур в монолитном стекле предлагается использовать воздействие мощных лазерных импульсов с ультракороткой длительностью и длиной волны излучения, для которой материал прозрачен [15, 25, 78, 79] (Рисунок 1.2 б). Что касается ПС, то на момент начала кандидатской диссертации идея создания монолитных областей уплотнения в ПС лазерными импульсами с ультракороткой длительностью не было предложено, ни реализовано. В следующих разделах аналитического обзора рассмотрены возможные механизмы изменения структуры стекол (локального уплотнения, разуплотнения) под действием лазерного излучения, а также результаты реализации функциональных структур и интегральных устройств на базе силикатных, как монолитных, так и пористых материалов.

Поверхностное Объемное

уплотнение уплотнение \ \

Рисунок 1.2 Микрофотография области воздействия излучения СО2-лазера на поверхность пластины ПС (вид с торца) [33, 76]. Уплотнение внутри пластины плавленого кварца фемтосекундными лазерными импульсами (б) [80]

1.2 Лазерное структурирование в оптических материалах

Исследования по лазерному формированию микро- и наноразмерных структур в диэлектрических матрицах активно развиваются как за рубежом [20, 23, 26, 81, 82], так и в России [25, 72, 78, 83, 84]. В большинстве указанных работ реализация подобных структур достигается при использовании ультракоротких лазерных импульсов (УКЛИ) (4 - 500 фс) оптического диапазона длин волн (X = 0,8 - 1,07 мкм) [3-26], что связано с возможностью передачи лазерной энергии нетепловыми механизмами. За счет слабого линейного поглощения таких импульсов появляется возможность воздействия на материал прозрачной среды как на ее поверхности, так и в объеме, и, соответственно, создания микро- и наноразмерных структур. Изменяя параметры лазерной обработки (длину волны X, длительность импульса т, частоту повторения импульсов V, энергию импульса Еимп, плотность энергии д, направление вектора поляризации р) можно обеспечить различные виды модификации прозрачного диэлектрика (изменение показателя преломления, периодическое структурирование, разуплотнение, формирование наноканалов, областей двулучепреломления и т.д.) (Рисунок 1.3).

Например, в плавленом кварце можно наблюдать 3 типа структур (изменение показателя преломления, формирование областей двулучепреломления и формирование микропустот). Изменение показателя преломления достигается при низких энергиях в импульсе, чуть выше порога модификации (~ 100 нДж [85]). Механизм этого явления связывают с уплотнением стекла в результате быстрого охлаждения нагретого (до температур расплава) стекла в фокальном объеме [86]. Известно, что в плавленом кварце плотность, а, следовательно, показатель преломления возрастают, при резком перепаде температуры [87]. По результатам исследования [8] было показано, что в области лазерной обработки можно достигнуть изменения показателя преломления (Дп ~ 0.02) (Рисунок 1.3, а).

т

Рисунок 1.3 Варианты внутренней модификации силикатных материалов фемтосекундными лазерными импульсами: изменение показателя преломления в плавленом кварце при действии сфокусированных фемтосекундных лазерных импульсов (Х=532 нм, у=500 кГц, т = 300 фс) (а) [8]; морфология формируемых периодических структур после действия 12000 фемтосекундных лазерных импульсов в ПС (Х=800 нм, у=250 кГц, т ~ 100 фс, Еимп = 200 нДж) (б) [20]; создание областей двулучепреломления в объем плавленого кварца (Х=1030 нм, у=200 кГц, т ~ 280 фс, Еимп = 8 мкДж) (в) [88]; формирование полых каналов (Х=800 нм, у=250 кГц, т ~ 200 фс, Еимп = 1 мкДж) с последующим травлением в

плавиковой кислоте (г) [89]

Повышение Еимп приводит к формированию областей двулучепреломления, которые представляют собой периодические структуры в пределах области модификации, период которых варьируется от 50 до 250 нм [5] (Рисунок 1.3, б). Геометрические размеры таких структур зависят от Еимп и количества импульсов (К), приходящих в область воздействия [26]. В настоящее время нет точного описания механизма формировании подобных наноструктур. Исследования анизотропии подобных областей показали, что каждая из них может обладать разными величинами двулучепреломления, что позволяет предложить

использование подобных областей модификации для создания элементов оптической памяти (Рисунок 1.3, в).

Дальнейшее повышение Еимп и N приводит к увеличению объема плазмы, выходящей за пределы перетяжки пучка, и возникновению ударных волн, вызывающих локальное разрушение стекла. Ударная волна оставляет след в виде области с пониженной плотностью, а иногда микропустоту (void), что зависит от параметров лазерного излучения и свойств стекла. Вокруг этой пустоты формируется область с повышенной плотностью. В конечном счете эти структуры могут быть использованы при создании элементов оптической памяти [90] и фотонных кристаллов [91]. Кроме того, эти области поддаются вытравливанию в плавиковой кислоте (Рисунок 1.3, г), что позволяет создавать полые каналы на их основе, которые могут применяться в устройствах микрофлюидики.

Если говорить о создании микрофлюидных каналов, то менее трудоемкий процесс был продемонстрирован в пластинах ПС (размер пор 10 нм, пористость 40 %) [43]. Предварительная пропитка ПС водой позволила уменьшить количество этапов создания канала до двух: прямая лазерная запись фемтосекундными лазерными импульсами с высокой частотой их следования

1С Л

(Х=800 нм, v=250 кГц, т ~ 100 фс, q ~ 710 Вт/см ) с последующим этапом спекания пластины ПС в печи (T = 1050 °С, 2 часа). Преимущества пластин ПС при создании протяженных микрофлюидных каналов очевидны. Пористость и меньшая плотность ПС обеспечивает большую скорость процесса, меньшее количество отходов и простоту их удаления по сравнению с лазерной абляцией образца плавленого кварца. Поры, окружающие область обработки, способствует передаче по микроканалам воды, которая удаляет продукты разрушения стекла.

Процессы, протекающие при лазерной обработке стеклообразных материалов, определяются плотностью мощности излучения и зависят от свойств исходного материала. Например, наличии в нем центров поглощения (в виде наночастиц, ионов металлов и т.п.) значительно снижает пороги обработки оптических материалов или дает возможность локально менять свойства оптического

материала без структурных изменений. В частности, для локальной модификации ПС с относительно высоким содержанием примесей металлов (от 0,1 до 2,0 % масс.) применяются наносекундные лазерные импульсы (100 - 200 нс), где частицы выполняют функцию центров поглощения излучения [78]. В частности, сотрудниками кафедры ЛТС при участии автора (Университет ИТМО) и лаборатории Физической химии стекла (ИХС РАН) показано формирование объемных протяженных структур в фотохромном ПС (Ag2O 0,28 % масс.) при использовании лазерных импульсов с наносекундной длительностью (Х= 1,064

7 о л

мкм, т = 100 нс, д = 10 - 10 Вт/см ) [71, 78, 92]. В случае, когда концентрация атомов металлов в стекле не велика (< 0,1 % масс.) воздействие фемтосекундного или УФ наносекундного излучения обеспечивает только протекание фотохимических процессов, а формирование наночастиц в местах облучения происходит уже при тепловой обработке в печи [9].

1.3 Лазерное формирование функциональных микрокомпонентов в стеклообразных материалах

Формирование функциональных структур в объеме прозрачных диэлектриков становится одним из важных применений воздействия ультракоротких лазерных импульсов на материалы. Подобные структуры находят свое применение в фотонике, микро- и оптофлюидике, микросистемной технике и т.д. Работы, опубликованные в данном направлении, свидетельствуют о возможности создания сложных элементов в виде волноводов, разветвителей, мультиплексоров, интерферометров, резонаторов и т.п. [13, 82]. Создание решеток с субмикронным периодом в объеме стекла [21], решеток Брэгга при записи волноводов [18], достигается пространственно-энергетическим управлением режимом фемтосекундного облучения в процессе записи.

Оптические волноводные структуры, формируемые в объеме стекла ультракороткими лазерными импульсами опробованы для создания трехмерных волноводных систем, расположенных на заданной глубине прозрачного материала. Под волноводами подразумевается светопроводящая структура,

состоящая из материала с показателем преломления п1 (модифицированная область), окруженная другим материалом с показателем преломления п2 (исходный материал). Одним из важных параметров такой структуры являются оптические потери в волноводных системах. Основываясь на законе Снеллиуса, полное внутренне отражение (когда падающий луч отражается от раздела двух сред) происходит, когда значение показателя преломления области модификации (п1) больше значения показателя преломления исходной среды (п2). Поэтому для уменьшения потерь следует достигать максимально достижимой разницы показателей преломления (Дп) между областью модификации и окружающим материалом [8]. На данный момент известны работы, где было получено Дп ~ 0.02 [8]. При формировании волноводов можно предположить преимущество применения менее плотных оптических материалов таких, как ПС, с исходным показателем преломления 1.33 [93] и менее, т.к. становится возможным уплотнить его, обеспечивая значительно большие значения Дп (~ 0.1). Стабильность и миниатюрность фотонных устройств, включающих в состав волноводные структуры, привлекли интерес к созданию компактных микросистемных фотонных схем [1, 94].

Как было показано ранее, при определённых условиях обработки оптического материала возможно создание наноразмерных полостей, которые в целом выглядят, как области разуплотнения. Единичная область разуплотнения обладает 3 степенями свободы в пространстве. Помимо этого, сформированным областям свойственно двулучепреломление (в силу наличия периодических наноразмерных полостей), что обеспечивает дополнительную степень свободы [95]. Незначительное изменение угла поворота двулучепреломления каждой области обеспечивается изменением поляризации и плотностью энергии фемтосекундного лазерного импульса в процессе записи. Бинарная информация, основанная на цифровых битах, была успешно сохранена в стекле при записи

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Заколдаев, Роман Алексеевич, 2018 год

Список литературы

1. Sugioka K. Progress in ultrafast laser processing and future prospects // Nanophotonics. - 2016. -Т.6, №2. - С. 393-413.

2. Fernandez T. T., Sakakura M., Eaton S. M., et al. Bespoke photonic devices using ultrafast laser driven ion migration in glasses // Progress in Materials Science. - 2018. -T. 94. - C. 68-113.

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

4. Kanehira S., Miura K., Hirao K. Ion exchange in glass using femtosecond laser irradiation // Applied Physics Letters. - 2008. - T. 93, № 2. - C. 023112.

5. Taylor R., Hnatovsky C., Simova E. Applications of femtosecond laser induced self-organized planar nanocracks inside fused silica glass // Laser & Photonics Reviews. -2008. - T. 2, № 1-2. - C. 26-46.

6. Luo F., Qian B., Lin G., et al. Redistribution of elements in glass induced by a high-repetition-rate femtosecond laser // Optics express. - 2010. - T. 18, № 6. - C. 62626269.

7. Malinauskas M., Zukauskas A., Purlys V., et al. Femtosecond laser polymerization of hybrid/integrated micro-optical elements and their characterization // Journal of Optics. - 2010. - T. 12, № 12. - C. 124010.

8. Eaton S. M., Ng M. L., Osellame R., Herman P. R. High refractive index contrast in fused silica waveguides by tightly focused, high-repetition rate femtosecond laser // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2011. - T. 357, № 11-13. - C. 2387-2391.

9. Simo A., Polte J. R., Pfänder N., et al. Formation mechanism of silver nanoparticles stabilized in glassy matrices // Journal of the American Chemical Society. - 2012. - T. 134, № 45. - C. 18824-18833.

10. Ultra-Short Pulsed Laser Engineered Metal-Glass Nanocomposites. / Andrei Stalmashonak G. S., Amin Abdolvand - Cham Heidelberg New York Dordrecht London: Springer International Publishing, 2013.

11. Capoen B., Chahadih A., El Hamzaoui H., et al. Laser-induced growth of nanocrystals embedded in porous materials // Nanoscale research letters. - 2013. - T. 8, № 1. - C. 1-10.

12. Tyrk M. A., Gillespie W. A., Seifert G., Abdolvand A. Picosecond pulsed laser induced optical dichroism in glass with embedded metallic nanoparticles // Optics express. - 2013. - T. 21, № 19. - C. 21823-21828.

13. Choudhury D., Macdonald J. R., Kar A. K. Ultrafast laser inscription: perspectives on future integrated applications // Laser & Photonics Reviews. - 2014. - T. 8, № 6. -C. 827-846.

14. Fleming L. A. H., Tang G., Zolotovskaya S. A., Abdolvand A. Controlled modification of optical and structural properties of glass with embedded silver nanoparticles by nanosecond pulsed laser irradiation // Optical Materials Express. -2014. - T. 4, № 5. - C. 969.

15. Liao Y., Cheng Y. Femtosecond Laser 3D Fabrication in Porous Glass for Micro-and Nanofluidic Applications // Micromachines. - 2014. - T. 5, № 4. - C. 1106-1134.

16. Teng Y., Zhou J., Sharafudeen K., et al. Space-selective crystallization of glass induced by femtosecond laser irradiation // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2014. -T. 383. - C. 91-96.

17. Xu X., Duan G., Li Y., et al. Fabrication of gold nanoparticles by laser ablation in liquid and their application for simultaneous electrochemical detection of Cd2+, Pb2+, Cu2+, Hg2+ // ACS Appl Mater Interfaces. - 2014. - T. 6, № 1. - C. 65-71.

18. Kroesen S., Tekce K., Imbrock J., Denz C. Monolithic fabrication of quasi phase-matched waveguides by femtosecond laser structuring the x (2) nonlinearity // Applied Physics Letters. - 2015. - T. 107, № 10. - C. 101109.

19. Liao Y., Ni J., Qiao L., et al. High-fidelity visualization of formation of volume nanogratings in porous glass by femtosecond laser irradiation // Optica. - 2015. - T. 2, № 4. - C. 329-334.

20. Liao Y., Pan W., Cui Y., et al. Formation of in-volume nanogratings with sub-100-nm periods in glass by femtosecond laser irradiation // Optics letters. - 2015. - T. 40, № 15. - C. 3623-3626.

21. Yuan L., Ng M. L., Herman P. R. Femtosecond laser writing of phase-tuned volume gratings for symmetry control in 3D photonic crystal holographic lithography // Optical Materials Express. - 2015. - T. 5, № 3. - C. 515-529.

22. Dmitriev P. A., Makarov S. V., Milichko V. A., et al. Laser fabrication of crystalline silicon nanoresonators from an amorphous film for low-loss all-dielectric nanophotonics // Nanoscale. - 2016. - T. 8, № 9. - C. 5043-8.

23. Goodfriend N. T., Starinskiy S. V., Nerushev O. A., et al. Laser pulse duration dependence of blister formation on back-radiated Ti thin films for BB-LIFT // Applied Physics A. - 2016. - T. 122, № 3.

24. Vangheluwe M., Petit Y., Marquestaut N., et al. Nanoparticle generation inside Ag-doped LBG glass by femtosecond laser irradiation // Optical Materials Express. - 2016.

- T. 6, № 3. - C. 743.

25. Veiko V. P., Kudryashov S. I., Sergeev M. M., Zakoldaev R. A., et al.Femtosecond laser-induced stress-free ultra-densification inside porous glass // Laser Physics Letters.

- 2016. - T. 13, № 5. - C. 055901.

26. Zimmermann F., Plech A., Richter S., Tunnermann A., Nolte S. The onset of ultrashort pulse-induced nanogratings // Laser & Photonics Reviews. - 2016. - T. 10, № 2. - C. 327-334.

27. Antropova T., Kalinina S., Kostyreva T., et al. Peculiarities of the fabrication process and the structure of porous membranes based on two-phase fluorine-and phosphorus-containing sodium borosilicate glasses // Glass Physics and Chemistry. -2015. - T. 41, № 1. - C. 14-25.

28. Evstrapov A., Esikova N., Antropova T. V. Spectral characteristics and structure of porous glasses // Optica Applicata. - 2005. - T. 35, № 4. - C. 753.

29. Reisfeld R., Jasinska B., Levchenko V., et al. Porous glasses as a host of luminescent materials, their applications and site selective determination // Journal of Luminescence. - 2016. - T. 169, Part B. - C. 440-444.

30. Jin L., Lei X., Du X., et al. Effect of pore structure parameters of porous glass on luminescence properties of Eu2+/Dy3+ co-doped high silica luminescence glass // Optik

- International Journal for Light and Electron Optics. - 2014. - T. 125, № 15. - C. 4035-4038.

31. Shen C., Wang Y. J., Xu J. et al. Porous glass beads as a new adsorbent to remove sulfur-containing compounds // Green Chemistry. - 2012. - T. 14, № 4. - C. 10091015.

32. Роскова Г., Цехомская Т., Баханов В. Светопропускание микропористых высококремнеземных стекол в зависимости от условий их получения // Физ. и хим. стекла. - 1989. - T. 15, № 6. - C. 874-880.

33. Veiko V. P., Kostyuk G. K., Meshkovskii I. K., et al. Microoptical elements based on local modification of the porous-glass structure //. Quantum electronics. - 1986. - T. 13, № 8. - C. 1693-1696.

34. Alexeev-Popov A., Roizin Y. O., Rysiakiewics-Pasek E., Marczuk K. Porous glasses for optical application // Optical Materials. - 1993. - T. 2, № 4. - C. 249-255.

35. Imakita K., Kamada T., Kamatani J., Mizuhata M., Fujii M. Room temperature direct imprinting of porous glass prepared from phase-separated glass // Nanotechnology. - 2015. - T. 26, № 25. - C. 255304.

36. Evstrapov A., Esikova N., Rudnitskaya G., Antropova T. V. Porous glasses as a substrate for sensor elements // Optica Applicata. - 2010. - T. 40, № 2. - C. 333.

37. Евстрапов А., Есикова Н. А., Рудницкая Г., Антропова Т., Анфимова И. Разработка оптического сенсорного элемента для микрофлюидных чипов на основе натриевоборосиликатного пористого стекла // Научное приборостроение. -2010. - T. 20, № 1. - C. 52-58.

38. Есикова Н. А., Евстрапов А., Антропова Т. Микрофлюидное устройство с оптическим сенсорным элементом на основе натриевоборосиликатного пористого стекла для иммунного анализа // Научное приборостроение. - 2014. - T. 24, № 2. -С. 98-103.

39. Мешковский И.К. Композиционные оптические материалы на основе пористых матриц. Монография // СПб.: Изд. СПбГИТМО (ТУ). - 1998.

40. Новиков, А. Ф. (2011). Цвет молекул. Время. Свет. - 307 c.

41. Новиков А. Ф. Спектрально-оптические сенсоры сорбционного типа и оптико-электронные газоанализаторы на их основе; Университет ИТМО. - СПб, 1995.

42. Petrov D., Dyukareva A., Antropova T., et al. Surface sintering of porous glass plates under laser radiation // Glass physics and chemistry. - 2003. - T. 29, № 5. - C. 456-460.

43. Ju Y., Liao Y., Zhang L., et al. Fabrication of large-volume microfluidic chamber embedded in glass using three-dimensional femtosecond laser micromachining // Microfluidics and nanofluidics. - 2011. - T. 11, № 1. - C. 111-117.

44. Hoyo J. D., Berdejo V., Fernandez T. T., et al. Femtosecond laser written 16.5 mm long glass-waveguide amplifier and laser with 5.2 dB cm- 1 internal gain at 1534 nm // Laser Physics Letters. - 2013. - T. 10, № 10. - C. 105802.

45. Fletcher L. B., Witcher J. J., Troy N., et al. Effects of rare-earth doping on femtosecond laser waveguide writing in zinc polyphosphate glass // Journal of Applied Physics. - 2012. - T. 112, № 2. - C. 023109.

46. Dharmadhikari J. A., Dharmadhikari A. K., Bhatnagar A., et al. Writing low-loss waveguides in borosilicate (BK7) glass with a low-repetition-rate femtosecond laser // Optics Communications. - 2011. - T. 284, № 2. - C. 630-634.

47. Eaton S. M., Ng M. L., Bonse J., et al. Low-loss waveguides fabricated in BK7 glass by high repetition rate femtosecond fiber laser // Applied optics. - 2008. - T. 47, № 12. - C. 2098-2102.

48. Zhang H., Ho S., Eaton S. M., et al. Three-dimensional optical sensing network written in fused silica glass with femtosecond laser // Optics express. - 2008. - T. 16, № 18. - C. 14015-14023.

49. Xu J., Midorikawa K., Sugioka K. Femtosecond laser fabricated electrofluidic devices in glass for 3D manipulation of biological samples // SPIE LASE -International Society for Optics and Photonics, 2016. - C. 97350B-97350B-6.

50. Stankevic V., Raciukaitis G. Free-shape 3D Structure Formation in Bulk Fused Silica by Irradiation with Femtosecond LaserPulses // Journal of Laser Micro Nanoengineering. - 2014. - T. 9, № 3. - C. 271.

51. Kawamura K.-I., Sarukura N., Hirano M., et al. Holographic encoding of fine-pitched micrograting structures in amorphous SiO2 thin films on silicon by a single femtosecond laser pulse // Applied Physics Letters. - 2001. - T. 78, № 8. - C. 10381040.

52. Sikorski Y., Said A., Bado P., et al. Optical waveguide amplifier in Nd-doped glass written with near-IR femtosecond laser pulses // Electronics letters. - 2000. - T. 36, № 3. - C. 226-227.

53. Li Y., Watanabe W., Yamada K., et al. Holographic fabrication of multiple layers of grating inside soda-lime glass with femtosecond laser pulses // Applied physics letters. - 2002. - T. 80, № 9. - C. 1508-1510.

54. Wang Z., Liao Y., Wang P., et al. Formation of in-volume nanogratings in glass induced by spatiotemporally focused femtosecond laser pulses // Advanced Optical Technologies. - 2016. - T. 5, № 1. - C. 81-85.

55. Rudenko A., Colombier J.-P., Itina T. E. From random inhomogeneities to periodic nanostructures induced in bulk silica by ultrashort laser // Physical Review B. - 2016. -T. 93, № 7. - C. 075427.

56. Lancry M., Zimmerman F., Desmarchelier R., et al. Nanogratings formation in multicomponent silicate glasses // Applied Physics B. - 2016. - T. 122, № 3. - C. 1 -8.

57. Stankevic V., Rakickas T., Raciukaitis G. Internal to External Microfluidic Device for Ellipsometric Biosensor Application // Journal of Laser Micro Nanoengineering. -2016. - T. 11, № 1. - C. 53.

58. Lapointe J., Gagné M., Li M.-J., et al. Making smart phones smarter with photonics // Optics Express. - 2014. - T. 22, № 13. - C. 15473-15483.

59. Florea C., Winick K. A. Fabrication and characterization of photonic devices directly written in glass using femtosecond laser pulses // Lightwave Technology, Journal of. - 2003. - T. 21, № 1. - C. 246-253.

60. Kreisberg V. A., Antropova T. V. Changing the relation between micro- and mesoporosity in porous glasses: The effect of different factors // Microporous and Mesoporous Materials. - 2014. - T. 190. - C. 128-138.

61. Rouquerol J., Avnir D., Fairbridge C., et al. Recommendations for the characterization of porous solids (Technical Report) // Pure and Applied Chemistry. -1994. - T. 66, № 8. - C. 1739-1758.

62. Cizman A., Marciniszyn T., Enke D., et al. Phase transition in NH4HSO4-porous glasses nanocomposites // J Nanopart Res. - 2013. - T. 15. - C. 1756.

63. Antropova T. V., Girsova M. A., Anfimova I. N., et al. Spectral properties of the high-silica porous glasses doped by silver halides // Journal of Luminescen ce. - 2018. -T. 193, № Supplement C. - C. 29-33.

64. Marciniszyn T., Poprawski R., Komar J., et al. Phase transition in NH4H2PO4: porous glass composites // Phase Transitions. - 2010. - T. 83, № 10-11. - C. 909-916.

65. Zhou S., Lei W., Jiang N., et al. Space-selective control of luminescence inside the Bi-doped mesoporous silica glass by a femtosecond laser // Journal of Materials Chemistry. - 2009. - T. 19, № 26. - C. 4603.

66. Navarro J., Durand G. Modification of yeast metabolism by immobilization onto porous glass // European journal of applied microbiology and biotechnology. - 1977. -T. 4, № 4. - C. 243-254.

67. Santos E. D. B., Sigoli F. A., Mazali I. O. Metallic Cu nanoparticles dispersed into porous glass: A simple green chemistry approach to prepare SERS substrates // Materials Letters. - 2013. - T. 108. - C. 172-175.

68. Willaert R. G., Baron G. V. The dynamic behaviour of yeast cells immobilised in porous glass studied by membrane mass spectrometry // Applied Microbiology and Biotechnology. - 1995. - T. 42, № 5. - C. 664-670.

69. Cizman A., Antropova T., Anfimova I., et al. Size-driven ferroelectric-paraelectric phase transition in TGS nanocomposites // Journal of Nanoparticle Research. - 2013. -T. 15, № 8. - C. 1-6.

70. Gewehr M., Nakamura K., Ise N., et al. Gel permeation chromatography using porous glass beads modified with temperature-responsive polymers // Macromolecular Chemistry and Physics. - 1992. - T. 193, № 1. - C. 249-256.

71. Сергеев М., Костюк Г., Заколдаев Р., и др. Организация нанокластеров серебра в объеме пористых стекол при лазерном облучении // Физика и химия стекла. -2017. - T. 43, № 5. - C. 454-458.

72. Antropova T., Girsova M., Anfimova I., et al. Structure and spectral properties of the photochromic quartz-like glasses activated by silver halides // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2014. - T. 401. - C. 139-141.

73. Сергеев М., Костюк Г., Заколдаев Р., и др. Лазерная пассивация пористого стекла для защиты от химической деградации и старения // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2015. - T. 51, № 3. - C. 314-314.

74. Maruo Y. Y., Nakamura J. Portable formaldehyde monitoring device using porous glass sensor and its applications in indoor air quality studies // Anal Chim Acta. - 2011. - T. 702, № 2. - C. 247-53.

75. Maruo Y. Y., Nakamura J., Uchiyama M., et al. Development of formaldehyde sensing element using porous glass impregnated with Schiffs reagent // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2008. - T. 129, № 2. - C. 544-550.

76. Veiko V.P., Jakovlev E.B., Nikiphorov A. Ju. Laser methods of control of porous silica glass structure // Chemical processing of advanced materials. - 1992. - C. 919-31.

77. Veiko V.P., Kostyuk G.K., Fomichev P.A., et al. New technology of optical components based on local laser thermoconsolidation of porous glasses and coats // SPIE Sol-Gel Optics -1990. - T. 1328. - C. 201-205.

78. Veiko V., Sergeev M., Kostyuk G. 3D Laser Structure Modification of Photochromic Nanocomposites Based on Porous Glass // Journal of Laser Micro Nanoengineering. - 2015. - T. 10, № 1. - C. 20-23.

79. Rudenko A., Colombier J.-P., Itina T. Nanopore-mediated ultrashort laser-induced formation and erasure of volume nanogratings in glass // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2018.

80. Shah L., Arai A., Eaton S., et al. Waveguide writing in fused silica with a femtosecond fiber laser at 522 nm and 1 MHz repetition rate // Optics Express. - 2005.

- T. 13, № 6. - C. 1999-2006.

81. Komatsu T. Design and control of crystallization in oxide glasses // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2015. - T. 428. - C. 156-175.

82. Stoian R., D'Amico C., Bhuyan M. K., et al. Ultrafast laser photoinscription of large-mode-area waveguiding structures in bulk dielectrics [INVITED] // Optics & Laser Technology. - 2016. - T. 80. - C. 98-103.

83. Veiko V. P., Samokhvalov A. A. Study of the optoacoustic response to the laser ablation of solids by the radiation of a fiber laser under a thin layer of liquid // Journal of Optical Technology. - 2014. - T. 81, № 5. - C. 294.

84. Arakelyan S. M., Veiko V. P., Kutrovskaya S. V., et al. Reliable and well-controlled synthesis of noble metal nanoparticles by continuous wave laser ablation in different liquids for deposition of thin films with variable optical properties // Journal of Nanoparticle Research. - 2016. - T. 18, № 6.

85. Schaffer C. B., Brodeur A., Garcia J. F., et al. Micromachining bulk glass by use of femtosecond laser pulses with nanojoule energy // Optics Letters. - 2001. - T. 26, № 2.

- C. 93-95.

86. Chan J., Huser T., Risbud S., et al. Structural changes in fused silica after exposure to focused femtosecond laser pulses // Optics letters. - 2001. - T. 26, № 21. - C. 1726 -1728.

87. Brückner R. Properties and structure of vitreous silica. I // Journal of non-crystalline solids. - 1970. - T. 5, № 2. - C. 123-175.

88. Zhang J., Gecevicius M., Beresna M., et al. 5D Data Storage by Ultrafast Laser Nanostructuring in Glass // CLEO: Science and Innovations - San Jose, California: Optical Society of America, 2013. - C. CTh5D.9.

89. Hnatovsky C., Taylor R. S., Simova E., et a. Fabrication of microchannels in glass using focused femtosecond laser radiation and selective chemical etching // Applied Physics A. - 2006. - T. 84, № 1. - C. 47-61.

90. Glezer E. N., Milosavljevic M., Huang L., et a. Three-dimensional optical storage inside transparent materials // Optics Letters. - 1996. - T. 21, № 24. - C. 2023-2025.

91. Juodkazis S., Matsuo S., Misawa H., et a. Application of femtosecond laser pulses for microfabrication of transparent media // Applied surface science. - 2002. - T. 197. -C. 705-709.

92. Kostyuk G. K., Sergeev M. M., Girsova M. A., et a. Local Laser-Induced Change of Bulk Spectral Properties of Photochromic Porous Silicate Glass Doped by Silver and Copper Halides // Glass Physics and Chemistry. - 2014. - T. 40, № 4. - C. 415-420.

93. Костюк Г.К., Вейко В.П., Роскова Г.П. Показатели преломления высококремнеземных пористых стекол с различной пористостью // Физика и химия стекла. - 1989. - T. 15, № 2. - C. 231-238.

94. Chaboyer Z., Meany T., Helt L. G., et a. Tunable quantum interference in a 3D integrated circuit // Sci Rep. - 2015. - T. 5. - C. 9601.

95. Zhang J., Gecevicius M., Beresna M., et a. Seemingly unlimited lifetime data storage in nanostructured glass // Physical review letters. - 2014. - T. 112, № 3. - C. 033901.

96. Watanabe T., Shiozawa M., Tatsu E., et a. A driveless read system for permanently recorded data in fused silica // Japanese Journal of Applied Physics. - 2013. - T. 52, № 9S2. - C. 09LA02.

97. Abgrall P., Gue A. Lab-on-chip technologies: making a microfluidic network and coupling it into a complete microsystem—a review // Journal of Micromechanics and Microengineering. - 2007. - T. 17, № 5. - C. R15.

98. Xu B. B., Zhang Y. L., Xia H., et a. Fabrication and multifunction integration of microfluidic chips by femtosecond laser direct writing // Lab Chip. - 2013. - T. 13, № 9. - C. 1677-90.

99. Masuda M., Sugioka K., Cheng Y., et a. 3-D microstructuring inside photosensitive glass by femtosecond laser excitation // Applied Physics A. - 2003. - T. 76, № 5. - C. 857-860.

100. Sugioka K., Cheng Y. Applications of Biochips Fabricated by Femtosecond Lasers // Femtosecond Laser 3D Micromachining for Microfluidic and Optofluidic ApplicationsSpringer, 2014. - C. 105-123.

101. Sugioka, K., Cheng, Y. Femtosecond laser 3D micromachining for microfluidic and optofluidic applications. / Springer Science & Business Media, 2014.

102. Sugioka K., Cheng Y. Femtosecond laser processing for optofluidic fabrication // Lab on a Chip. - 2012. - T. 12, № 19. - C. 3576-3589.

103. Liu C., Liao Y., He F., et a. Fabrication of three-dimensional microfluidic channels inside glass using nanosecond laser direct writing // Optics express. - 2012. - T. 20, № 4. - C. 4291-4296.

104. Sugioka K., Cheng Y. Fabrication of 3D microfluidic structures inside glass by femtosecond laser micromachining // Applied Physics A. - 2014. - T. 114, № 1. - C. 215-221.

105. Liao Y., Cheng Y., Liu C., et a. Direct laser writing of sub-50 nm nanofluidic channels buried in glass for three-dimensional micro-nanofluidic integration // Lab on a Chip. - 2013. - T. 13, № 8. - C. 1626-1631.

106. Crespi A., Gu Y., Ngamsom B., et a. Three-dimensional Mach-Zehnder interferometer in a microfluidic chip for spatially-resolved label-free detection // Lab Chip. - 2010. - T. 10, № 9. - C. 1167-73.

107. Marle L., Greenway G. M. Microfluidic devices for environmental monitoring // TrAC Trends in Analytical Chemistry. - 2005. - T. 24, № 9. - C. 795-802.

108. Li H.-F., Lin J.-M. Applications of microfluidic systems in environmental analysis // Analytical and bioanalytical chemistry. - 2009. - T. 393, № 2. - C. 555-567.

109. Liu R. H., Munro S. B., Nguyen T., et a. Integrated microfluidic CustomArray device for bacterial genotyping and identification // JALA: Journal of the Association for Laboratory Automation. - 2006. - T. 11, № 6. - C. 360-367.

110. Hopwood A. J., Hurth C., Yang J., et a. Integrated microfluidic system for rapid forensic DNA analysis: sample collection to DNA profile // Analytical chemistry. -2010. - T. 82, № 16. - C. 6991-6999.

111. Mairhofer J., Roppert K., Ertl P. Microfluidic systems for pathogen sensing: a review // Sensors. - 2009. - T. 9, № 6. - C. 4804-4823.

112. Manz A., Graber N., Widmer H. A. Miniaturized total chemical analysis systems: a novel concept for chemical sensing // Sensors and actuators B: Chemical. - 1990. - T. 1, № 1-6. - C. 244-248.

113. Craighead H. Future lab-on-a-chip technologies for interrogating individual molecules // Nature. - 2006. - T. 442, № 7101. - C. 387-93.

114. Diercks A. H., Ozinsky A., Hansen C. L., et a. A microfluidic device for multiplexed protein detection in nano-liter volumes // Analytical biochemistry. - 2009.

- T. 386, № 1. - C. 30-35.

115. He P. J., Katis I. N., Eason R. W., et a. Laser-based patterning for fluidic devices in nitrocellulose // Biomicrofluidics. - 2015. - T. 9, № 2. - C. 026503.

116. Sones C. L., Katis I. N., He P. J., et a. Laser-induced photo-polymerisation for creation of paper-based fluidic devices // Lab Chip. - 2014. - T. 14, № 23. - C. 456774.

117. Li X., Tian J., Garnier G., et a. Fabrication of paper-based microfluidic sensors by printing // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. - 2010. - T. 76, № 2. - C. 564-570.

118. Spicar-Mihalic P., Toley B., Houghtaling J., et a. CO2 laser cutting and ablative etching for the fabrication of paper-based devices // Journal of Micromechanics and Microengineering. - 2013. - T. 23, № 6. - C. 067003.

119. Fang X., Wei S., Kong J. Paper-based microfluidics with high resolution, cut on a glass fiber membrane for bioassays // Lab Chip. - 2014. - T. 14, № 5. - C. 911-5.

120. Рубинов А. Н., Эфендиев Т. Ш. Лазеры на красителях с о светоиндуцированной распределенной обратной связью // Квантовая электроника.

- 1982. - T. 9, № 12. - C. 2359-2366.

121. Альтшулер Г. Б., Дульнева Е. Г., Крылов К. И., Мешковский И. К., Урбанович В. С. Генерационные характеристики лазера на родамине 6Ж в микропористом стекле // Квантовая электроника. - 1983. - T. 10, № 6. - C. 12221227.

122. Maruo Y. Y., Yamada T., Nakamura J., et a. Formaldehyde measurements in residential indoor air using a developed sensor element in the Kanto area of Japan // Indoor Air. - 2010. - T. 20, № 6. - C. 486-93.

123. Tanaka T., Guilleux A., Ohyama T., et a. A ppb-level NO 2 gas sensor using coloration reactions in porous glass // Sensors and Actuators B: Chemical. - 1999. - T. 56, № 3. - C. 247-253.

124. Tanaka T., Ohyama T., Maruo Y. Y., et a. Coloration reactions between NO2 and organic compounds in porous glass for cumulative gas sensor // Sensors and Actuators B: Chemical. - 1998. - T. 47, № 1. - C. 65-69.

125. Алиев Ф.М., Замойская Л.В., Зарубин А.Б., Згонник В.Н., Костромин С.Г., Мешковский И.К., Шибаев В. П. Необычные оптические свойства гребнеообразных полиалкилметакрилатов, синтезированных в пористых стеклах // Высокомолекулярные соединения. - 1987. - T. 29, № 5. - C. 323-324.

126. Lodge Jr J. P. Air quality guidelines for Europe: WHO regional publications // World Health Organization. - 1987. c. 426.

127. Вейко В.П., Костюк Г.К., Чуйко В.А., Яковлев Е.Б. Микрооптические элементы на основе локальной модификации структуры пористых стекол // Квантовая электро-ника. - 1986. - T. 8. - C. 1693-1696.

128. Lu Y., Shi Z., Yu L., Li C. M. Fast prototyping of a customized microfluidic device in a non-clean-room setting by cutting and laminating Parafilm® // RSC Adv. -2016. - T. 6, № 88. - C. 85468-85472.

129. Kostyuk G., Sergeyev M., Yakovlev E. Formation of modified areas of porous glass saturated with glycerin under the action of laser radiation // Glass Physics and Chemistry. - 2013. - T. 39, № 5. - C. 480-489.

130. Zakoldaev R. A., Sergeev M. M., Kostyuk G. K. Forming micro-optical elements of extended form in the bulk of porous glass plates sodden with glycerol water solution under the laser irradiation // Fundamentals of Laser Assisted Micro-and Nanotechnologies 2013 -International Society for Optics and Photonics, 2013. - C. 90650P-90650P-6.

131. Вейко В.П., Костюк Г.К., Чуйко В.А., Яковлев Е.Б. Лазерное локальное спекание пористых оптических сред // Ионные расплавы и твердые электролиты -1988. - T. 3. - C. 81-85.

132. Gamaly E. G., Juodkazis S., Nishimura K., et al. Laser-matter interaction in the bulk of a transparent solid: Confined microexplosion and void formation // Physical Review B. - 2006. - T. 73, № 21. - C. 214101.

133. Kongsuwan, P., Wang, H., Vukelic, et al. Characterization of morphology and mechanical properties of glass interior irradiated by femtosecond laser // Journal of Manufacturing Science and Engineering - 2010. -T. 132, №4. - С.041009.

134. Juodkazis S., Misawa H., Hashimoto T., et al. Laser-induced microexplosion confined in a bulk of silica: Formation of nanovoids // Applied Physics Letters. - 2006. - T. 88, № 20. - C. 201909.

135. Kanehira S., Si J., Qiu J., et al. Periodic nanovoid structures via femtosecond laser irradiation // Nano letters. - 2005. - T. 5, № 8. - C. 1591-1595.

136. Schaffer C. B., Garcia J. F., Mazur E. Bulk heating of transparent materials using a high-repetition-rate femtosecond laser // Applied Physics A. - 2003. - T. 76, № 3. - C. 351-354.

137. Tan D., Sharafudeen K. N., Yue Y., et al. Femtosecond laser induced phenomena in transparent solid materials: Fundamentals and applications // Progress in Materials Science. - 2016. - T. 76. - C. 154-228.

138. Zheng C., Hu A., Chen T., et al. Femtosecond laser internal manufacturing of three-dimensional microstructure devices // Applied Physics A. - 2015. - T. 121, № 1. -C. 163-177.

139. Cerkauskaite A., Drevinskas R., Rybaltovskii A. O., et al. Ultrafast laser-induced birefringence in various porosity silica glasses: from fused silica to aerogel // Optics Express. - 2017. - T. 25, № 7. - C. 8011-8021.

140. Antropova T. V., Drozdova I. A., Vasilevskaya T. N., et al. Structural transformations in thermally modified porous glasses // Glass Physics and Chemistry. -2007. - T. 33, № 2. - C. 109-121.

141. Antropova T. Morphology of the porous glasses. Colloid-Chemical Aspect // Opt Appl. - 2008. - T. 38. - C. 5-16.

142. Крейсберг В., Антропова Т., Калинина С. Влияние состава и условий синтеза пористых стекол на их микро-и мезопористую структуру // Физ. и хим. стекла. -2014.

143. Костюк Г.К., Роскова Т.П., Мазурин О.В., Яковлев Е.Б. Распределение показателя преломления в пластинах микропористого стекла разного исходного состава и толщины // Физ. и хим. стекла. - 1993. - T. 19, № 4. - C. 642-651.

144. Miyamoto I., Horn A., Gottmann J., et al. Fusion welding of glass using femtosecond laser pulses with high-repetition rates // JLMN-Journal of Laser Micro/Nanoengineering. - 2007. - T. 2, № 1. - C. 57-63.

145. Miyamoto I., Cvecek K., Okamoto Y., et al. Internal modification of glass by ultrashort laser pulse and its application to microwelding // Applied Physics A. - 2014. - T. 114, № 1. - C. 187-208.

146. Veiko V. P., Shakhno E. A., Yakovlev E. B. Effective time of thermal effect of ultrashort laser pulses on dielectrics // Quantum Electronics. - 2014. - T. 44, № 4. - C. 322.

147. Bellouard Y., Champion A., McMillen B., et al. Stress-state manipulation in fused silica via femtosecond laser irradiation // Optica. - 2016. - T. 3, № 12. - C. 1285-1293.

148. Schick H. L. A Thermodynamic Analysis of the High-temperature Vaporization Properties of Silica // Chemical Reviews. - 1960. - T. 60, № 4. - C. 331-362.

149. Tang J.-L., Chen C.-H., Chang T.-C., et al. Fabrication and characterization of a fused silica-based optical waveguide with femtosecond fiber laser pulses // Microsystem technologies. - 2012. - T. 18, № 11. - C. 1815-1821.

150. Grenier J. R., Fernandes L. A., Herman P. R. Femtosecond laser writing of optical edge filters in fused silica optical waveguides // Optics Express. - 2013. - T. 21, № 4. -C. 4493-4502.

151. Gamaly E. G., Rode A. V., Luther-Davies B., Tikhonchuk V. T. Ablation of solids by femtosecond lasers: Ablation mechanism and ablation thresholds for metals and dielectrics // Physics of plasmas. - 2002. - T. 9, № 3. - C. 949-957.

152. Vogel A., Noack J., Huttman G., et al. Mechanisms of femtosecond laser nanosurgery of cells and tissues // Applied Physics B. - 2005. - T. 81, № 8. - C. 10151047.

153. Ma H., Zakoldaev R. A., Rudenko A., Sergeev M. M., Veiko V. P., Itina T. E. Well-controlled femtosecond laser inscription of periodic void structures in porous glass for photonic applications // Optics Express. - 2017. - T. 25, № 26. - C. 33261-33270.

154. Bulgakova N. M., Zhukov V. P., Sonina S. V., Meshcheryakov Y. P. Modification of transparent materials with ultrashort laser pulses: What is energetically and mechanically meaningfull // Journal of Applied Physics. - 2015. - T. 118, № 23. - C. 233108.

155. Miyamoto I., Cvecek K., Schmidt M. Evaluation of nonlinear absorptivity in internal modification of bulk glass by ultrashort laser pulses // Optics express. - 2011. -T. 19, № 11. - C. 10714-10727.

156. Wu A. Q., Chowdhury I. H., Xu X. Femtosecond laser absorption in fused silica: Numerical and experimental investigation // Physical Review B. - 2005. - T. 72, № 8. -C. 085128.

157. Bulgakova N. M., Zhukov V. P., Sonina S. V., Meshcheryakov Y. P. Modification of transparent materials with ultrashort laser pulses: What is energetically and mechanically meaningful? // Journal of Applied Physics. - 2015. - T. 118, № 23. - C. 233108.

158. Grady D. The spall strength of condensed matter // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. - 1988. - T. 36, № 3. - C. 353-384.

159. Simmons J. H., Mohr R. K., Tran D. C., et al. Optical properties of waveguides made by a porous glass process // Applied Optics. - 1979. - T. 18, № 16. - C. 2732-2733.

160. Stillman J., Judy J., Helvajian H. Aspect ratios, sizes, and etch rates in photostructurable glass-ceramic // Proc. of SPIE (S0277-786X). - 2008. - T. 6882. - C. 68820J-1.

161. Kiyama S., Matsuo S., Hashimoto S., et al. Examination of etching agent and etching mechanism on femotosecond laser microfabrication of channels inside vitreous silica substratesf // The Journal of Physical Chemistry C. - 2009. - T. 113, № 27. - C. 11560-11566.

162. Bagratashvili V. N., Chutko E. A., Gordienko V. M., et al. Femtosecond Cr:Forsterite laser induced formation of waveguides and generation of supercontinuum in Eu doped nanoporous glass // Laser Physics Letters. - 2008. - T. 5, № 9. - C. 671.

163. Nakashima S., Sugioka K., Midorikawa K., et al. Plasmonically coupled Faraday effect in Fe-and Au-doped silicate glasses irradiated with femtosecond laser // Journal of Laser Micro Nanoengineering. - 2014. - T. 9, № 2. - C. 132.

164. Liu Q., Gross S., Withford M., et al. Femtosecond laser processing in magneto-optical glasses // SPIE OPTO -International Society for Optics and Photonics, 2014. -C. 89880D-89880D-7.

165. Bianco A., Perissinotto S., Garbugli M., et al. Control of optical properties through photochromism: a promising approach to photonics // Laser & Photonics Reviews. -2011. - T. 5, № 6. - C. 711-736.

166. Bhardwaj V. R., Simova E., Corkum P. B., et al. Femtosecond laser-induced refractive index modification in multicomponent glasses // Journal of Applied Physics.

- 2005. - T. 97, № 8. - C. 083102.

167. Girsova M. A., Golovina G. F., Drozdova I. A., Polyakova I. G., Antropova T. V. Infrared studies and spectral properties of photochromic high silica glasses // Optica Applicata. - 2014. - T. 44, № 2. - C. 337--344.

168. Beaumont P. C., Johnson D. G., Parsons B. J. Photophysical properties of laser dyes: picosecond laser flash photolysis studies of Rhodamine 6G, Rhodamine B and Rhodamine 101 // Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. - 1993. - T. 89, № 23. - C. 4185-4191.

169. Qiu S., Chu H., Zou Y., et al. Thermochemical studies of Rhodamine B and Rhodamine 6G by modulated differential scanning calorimetry and thermogravimetric analysis // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - 2016. - T. 123, № 2. - C. 1611-1618.

170. Maruo Y. Y. Measurement of ambient ozone using newly developed porous glass sensor // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2007. - T. 126, № 2. - C. 485-491.

171. Maruo Y. Y., Ogawa S., Ichino T., et al. Measurement of local variations in atmospheric nitrogen dioxide levels in Sapporo, Japan, using a new method with high spatial and high temporal resolution // Atmospheric Environment. - 2003. - T. 37, № 8.

- C. 1065-1074.

172. Tanaka T., Ohyama T., Maruo Y. Y., et al. Coloration reactions between NO2 and organic compounds in porous glass for cumulative gas sensor // Sensors and Actuators B: Chemical. - 1998. - T. 47, № 1-3. - C. 65-69.

173. Antropova T., Veiko V., Kostyuk G., Girsova M., Anfimova I., Chuiko V., Yakovlev E. Peculiarities of the formation of planar micro-optic elements on porous glass substrates under the effect of laser radiation followed by sintering // Glass Physics and Chemistry. - 2012. - T. 38, № 6. - C. 478-490.

174. Davis M. E. Ordered porous materials for emerging applications // Nature. - 2002.

- T. 417, № 6891. - C. 813.

175. Li J.-R., Kuppler R. J., Zhou H.-C. Selective gas adsorption and separation in metal-organic frameworks // Chemical Society Reviews. - 2009. - T. 38, № 5. - C. 1477-1504.

176. Bradshaw D., Claridge J. B., Cussen E. J., et al. Design, Chirality, and Flexibility in Nanoporous Molecule-Based Materials // Accounts of Chemical Research. - 2005. -T. 38, № 4. - C. 273-282.

177. Negrini R., Mezzenga R. Diffusion, molecular separation, and drug delivery from lipid mesophases with tunable water channels // Langmuir. - 2012. - T. 28, № 47. - C. 16455-16462.

178. Garcia A. L., Ista L. K., Petsev D. N., et al. Electrokinetic molecular separation in nanoscale fluidic channels // Lab Chip. - 2005. - T. 5, № 11. - C. 1271-6.

179. Avnir D., Levy D., Reisfeld R. The nature of the silica cage as reflected by spectral changes and enhanced photostability of trapped Rhodamine 6G // The Journal of Physical Chemistry. - 1984. - T. 88, № 24. - C. 5956-5959.

180. Cheng L., Fenter P., Nagy K. L., et al. Molecular-Scale Density Oscillations in Water Adjacent to a Mica Surface // Physical Review Letters. - 2001. - T. 87, № 15. -C.156103.

181. Антропова Т., Дроздова И., Василевская Т., Волкова А., Ермакова Л., Сидорова М. Структурные преобразования в термически модифицированных пористых стеклах // Физика и химия стекла. - 2007. - T. 33, № 2. - C. 154-170.

182. Segawa H., Ohnishi E., Arai Y., Yoshida K. Sensitivity of fiber-optic carbon dioxide sensors utilizing indicator dye // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2003. -T. 94, № 3. - C. 276-281.

183. Tao S., Xu L., Fanguy J. C. Optical fiber ammonia sensing probes using reagent immobilized porous silica coating as transducers // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2006. - T. 115, № 1. - C. 158-163.

184. Rottman C., Ottolenghi M., Zusman R., et al. Doped sol-gel glasses as pH sensors // Materials Letters. - 1992. - T. 13, № 6. - C. 293-298.