Методы и средства лазерного управления локальными колориметрическими характеристиками поверхности титана тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат наук Лыонг Ван Кыонг

• Лыонг Ван Кыонг
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Лыонг Ван Кыонг

РЕФЕРАТ

SYNOPSIS

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛАЗЕРНЫЕ МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ (КХ) ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Лазерное структурирование поверхности металлов

1.2 Лазерное формирование плазмонных наноструктур на поверхности металлов100

1.3 Лазерное окисление металлов

1.3.1 Термодинамика окисления металлов и диссоциации оксидов

1.3.2 Высокотемпературное окисление титана

1.3.3 Образование окисных пленок под воздействием лазерного излучения

1.3.4 Методы перезаписи при лазерном повторном облучении

1.4 Лазерные устройства для управления КХ поверхности металлов

1.5 Применение лазерных методов управления КХ поверхности металлов

1.6 Выводы к главе

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НОВОГО РЕЖИМА ЛАЗЕРНОЙ ЗАПИСИ ЦВЕТНЫХ ИДЕНТИФИКАЦИОННЫХ МЕТОК НА ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ

2.1 Экспериментальная установка и методика экспериментов

2.2 Формирование на поверхности титана оксидной пленки (ОП) с заданными КХ

2.3 Моделирование спектров отражения поверхности титана после лазерного воздействия

2.4 Моделирование процессов нагрева металла при многоимпульсном лазерном воздействии со сканированием пучка по поверхности

2.4.1 Нагрев поверхности титана до температур ниже температуры испарения титана

2.4.2 Нагрев поверхности титана до температур выше температуры испарения титана

2.5 Химическая и термическая устойчивость ОП на поверхности титана при их лазерном формировании

2.6 Выводы к главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ЛАЗЕРНОЙ ПЕРЕЗАПИСИ И СТИРАНИЯ ЦВЕТНЫХ ИДЕНТИФИКАЦИОННЫХ МЕТОК НА ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ

3.1 Лазерная перезапись ОП с заданными КХ

3.2 Лазерное стирание цвета - удаление ОП титана

3.3 Моделирование процессов нагрева металла при повторном воздействии наносекундного лазерного импульса на предварительно окисленный участок

3.4 Многократная лазерная перезапись ОП с заданными КХ

3.5 Выводы к главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ ЦВЕТНОЙ ЛАЗЕРНОЙ МАРКИРОВКИ (ЦЛМ) И ДИВЕРСИФИКАЦИЯ ПРЕДЛОЖЕННЫХ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ КХ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ НА РАЗЛИЧНЫЕ ЗАДАЧИ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЛАЗЕРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

4.1 Управление КХ поверхности титана и его сплавов с помощью импульсного лазерного источника и задачи ЦЛМ

4.2 Управление КХ поверхности сплава титана ВТ6 с помощью непрерывного лазерного источника и возможности формирования микроизображений (художественных цветных миниатюр)

4.3 Разработка конструкции малогабаритного ручного оптико-электронного устройства

4.4 Выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ОПТИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ МАТЕРИАЛА

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. АЛГОРИТМ НАНЕСЕНИЯ ЦВЕТНОГО ИДЕНТИФИКАЦИОННОГО ЗНАКА НА ТИТАНОВУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОВ НА БАЗЕ НАНОСЕКУНДНОГО

ВОЛОКОННОГО ЛАЗЕРНОГО ИСТОЧНИКА

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. АЛГОРИТМ ФОРМИРОВАНИЯ ЛАЗЕРНОЙ ХУДОЖЕСТВЕННОЙ МИНИАТЮРЫ С ПОМОЩЬЮ МАЛОГАБАРИТНОГО РУЧНОГО ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА НА БАЗЕ

НЕПРЕРЫВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИСТОЧНИКА

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ТЕКСТЫ ПУБЛИКАЦИЙ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и средства лазерного управления локальными колориметрическими характеристиками поверхности титана»

РЕФЕРАТ Общая характеристика работы Актуальность темы исследования

Оперативное получение информации о товарах и изделиях на протяжении всего жизненного цикла, а также защита их от фальсификации - одна из наиболее актуальных задач настоящего этапа развития экономики РФ. Борьба с контрафактом ведется на уровне государства путем обязательной маркировки изделий акцизными марками и идентификационными метками, которые могут нести в себе также и информацию о товаре, его происхождении, производителе, перемещениях, шифре проверки и т.п. Так, согласно распоряжению Правительства РФ от 28 апреля 2018 года обязательной маркировке товара подлежит фармацевтическая продукция, изделия автопрома и др., а далее намечено введение закона об обязательной маркировке всех товаров и изделий [1]. Особо хотелось бы отметить важность маркировки изделий из титановых сплавов, которые широко применяются в медицинском приборостроении и имплантологии, в аэрокосмической и оборонной технике и во многих других отраслях промышленности, где особенно важна стойкость маркировки на изделии для обеспечения возможности отслеживания местонахождения изделия в течении всего его жизненного цикла. Современное производство, упаковка, доставка и хранение продукции в значительной степени автоматизированы. В автоматизированных системах управления часто применяются специальные маркеры или метки для определения технологического этапа жизни изделия. При работе с такими системами особенно важны скорость нанесения меток и их контрастность относительно подложки.

Таким образом, в ближайшие несколько лет будет возрастать потребность в новых инструментах и технологиях для управления материальными потоками товаров и изделий, т.е. в таких технологиях и системах, которые позволят отслеживать товар на всех стадиях его жизненного цикла за счёт нанесения и считывания идентификационных меток.

Основные требования к маркировке любого изделия - это скорость нанесения, стойкость маркировки, а также ее контрастность и сохранение свойств маркируемого объекта. Монохромная лазерная маркировка удовлетворяет данным критериям и уже широко представлена на российском и зарубежном рынках [2]. Создание цветной идентификационной метки при лазерной маркировке товаров и изделий открывает новые перспективы как с точки зрения эстетики и узнаваемости товарного знака, так и возможностей нанесения штрихкодов быстрого реагирования (QR) нового поколения и создания уникальной защитной идентификационной метки, в которой цвет может обеспечить дополнительную степень защиты товара от подделки. Кроме того, лазерное локальное окрашивание металлов может стать основой нового вида «научного» искусства - лазерной художественной миниатюры, для реализации которого понадобится разработка лазерного устройства, подобного кисти художника. Однако, при всех достоинствах цветной лазерной маркировки, она оказалась в своего рода технологическом тупике вследствие 2-х существенных недостатков. Во-первых, скорость цветной записи существенно - в 10-15 раз уступает монохромной, а во-вторых, точность - повторяемость цветов при записи недостаточна, а методы коррекции цветного изображения - ретуши, перезаписи, стирания отсутствуют.

Таким образом, для реализации промышленных и художественных применений, обозначенных выше, необходимо разработать метод записи, перезаписи и стирания информации в виде цветных идентификационных меток. Также важно, чтобы данный метод был конкурентоспособным с монохромной

лазерной маркировкой, т.е. обладал высокой стойкостью и производительностью нанесения идентификационных меток.

Для придания устойчивого цвета поверхности металлов весьма перспективным представляется использование явления интерференции света в тонких оксидных пленках (ОП). Цвет в этом случае будет зависеть от локальной толщины и состава таких плёнок. В ряде предыдущих исследований [3, 4] было показано, что получение определённого цвета поверхности за счет интерференции света в формируемых при лазерном нагревании металлов ОП может достигаться путем изменения режимов лазерного воздействия (мощность, длительность импульсов, частота следования импульсов), параметров (перекрытие лазерных импульсов, степень фокусировки) и среды обработки. Существенно, что в предыдущих исследованиях для формирования ОП использовались режимы лазерного нагревания поверхности металлов ниже температуры испарения. В [5] продемонстрирован рост толщины пленки диоксида титана на воздухе и её разложение на более низкие оксиды (с выделением кислорода) в среде аргона при лазерном облучении.

Однако, возможность гибкого управления толщиной, а значит, и цветом ОП (включая изменение, перезапись и полное стирание цвета) при повторном лазерном воздействии в одном и том же диапазоне режимов, в одной атмосфере, при минимуме изменяемых параметров, а также программных и аппаратных средств для реализации всех указанных операций, до настоящего времени продемонстрировано не было. В такой постановке, хотя и на основе работ по записи идентификационных меток с определенными цветовыми координатами (RGB) в локально заданной области [6], задача ставится впервые. Как уже отмечено выше, необходимо также повысить производительность процесса цветной лазерной маркировки (ЦЛМ) (0,2 - 0,7 см /мин) [6], которая до сих пор значительно уступает монохромной (от 5 см2/мин и выше в зависимости от

заданного оттенка серого) [7]. Наконец, остаются неопределенными границы практического применения цветной лазерной маркировки, связанные с ее термической и химической устойчивостью.

Заметим, что не только склонность к окислению у металлов разных групп (группы железа, тугоплавких, цветных, благородных и др.), но и закономерности окисления разных металлов внутри одной и той же группы, а также свойства их ОП сильно отличаются. С учетом этого обстоятельства, а главное, в связи с соображениями практического использования результатов исследования, основным объектом исследования были идентификационные метки на подложке из титана ВТ1-0 (как пример титана технического, без легирующих элементов) и титанового сплава ВТ6 (с добавлением порядка 6% алюминия и 4% ванадия), которые в настоящее время находят широкое применение в различных отраслях промышленности, что определяется их прочностью, легкостью, химической стойкостью и др. свойствами. Окислы титана прозрачны в достаточно широком диапазоне толщин, что обуславливает специфические применения пленок титана для создания дифракционных оптических элементов, фотоэлектрических устройств и т.д. При этом, разработанные методы и подходы будут справедливы, а устройства - применимы для большинства конструкционных металлов и сплавов, включая стали, при этом режимы воздействия, конечно, потребуют специальной проверки.

Таким образом, целью диссертационной работы является разработка и исследование особенностей применения совокупности методов управления колориметрическими характеристиками (КХ), скоростью и обратимостью записи идентификационных меток на поверхности титановых сплавов, а также комплекса программных и аппаратных средств для их реализации.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1) разработка методов многократной лазерной записи, перезаписи и стирания цветных идентификационных меток с заданными КХ на поверхности подложки из титанового сплава за счет управления локальной толщиной ОП;

2) увеличение производительности записи цветных идентификационных меток на поверхности титанового сплава и определение границ эксплуатационной применимости ЦЛМ на основе изучения ее термической и химической устойчивости;

3) разработка комплекса оптико-электронных аппаратных средств и программ управления локальными КХ цветных идентификационных меток на поверхности титанового сплава.

Необходимо отметить, что ключом к решению основных задач диссертации стала сначала обнаруженная на опыте, а затем теоретически обоснована принципиально новая возможность записи изображения в режиме испарения материала подложки (рисунок 1). Парадокс ситуации заключается в том, что, как указывалось выше, до сих пор, запись идентификационных меток осуществлялась в области I, за счет окисления поверхности титанового сплава при нагревании излучением. При этом метка образовывалась, но скорость ее нанесения ограничивалась такой мощностью источника, которая не должна была привести к испарению поверхности сплава, а вместе с ней, и к исчезновению наносимой метки.

Рисунок 1 - Характерная зависимость температурного распределения в центре трека со временем при нагреве выше температуры испарения

Попытки увеличить скорость записи (сканирования), для чего необходимо было повысить мощность источника, предпринимались неоднократно, однако, это неизменно приводило к переходу в область II и повреждению метки. Однако, после увеличения скорости записи (вместе с мощностью источника) не в 2-3 раза, как было в предыдущих работах, а в 10-15 раз, запись опять стала появляться, что поначалу было большой загадкой.

И только когда удалось понять (а затем подтвердить и расчетом, и экспериментом, и методами физико-химического анализа), что механизмом формирования цвета здесь также является окисление, которое протекает на стадии остывания после испарения III, длительностью которой можно управлять, изменяя скорость сканирования, все встало на место: оказалось в принципе, а затем и фактически возможным разработать принципиально новые методы записи, многократной перезаписи и стирания. Дополнительным, но немаловажным

преимуществом предложенных методов является очистка поверхности подложки из титанового сплава в процессе ее испарения на стадии II, что приводит к стабильным условиям ее окисления на стадии остывания. И, наконец, стало возможным производить запись цветных идентификационных знаков с большой скоростью, вполне сравнимой со скоростью черно-белой записи.

Управляющим параметром процесса окрашивания является доза многократного лазерного облучения Еи = РитЫ, которая показывает общее количество энергии, полученное образцом за время одного сеанса облучения, и определяется мощностью Ри и длительностью лазерного облучения (определяемой количеством импульсов N заданной длительности т, следующих с частотой /, приходящих в область воздействия диаметром d, при скорости сканирования V

(Л =/£)).

Научная новизна работы:

1. Впервые обнаружена, теоретически обоснована и предложена для практического применения возможность оптико-электронного управления колориметрическими характеристиками метки на поверхности подложки из титановых сплавов за счет их окисления на стадии остывания после испарения материала под действием последовательности наносекундных лазерных импульсов в воздушной атмосфере.

2. Впервые теоретически доказана и практически реализована возможность перезаписи исходного цвета метки на поверхности титановых сплавов на любой другой из доступной палитры цветов в результате удаления цвета метки путем ее испарения и нанесения новой метки с устанавливаемыми цветовыми координатами в процессе последующего окисления при остывании.

3. Впервые показана и реализована возможность управления стиранием метки или ее части за счет испарения материала в нормальной атмосфере при

повышенной скорости сканирования, когда процессы окисления минимизированы за счет сокращения времени остывания подложки.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Для формирования идентификационной метки с заданными колориметрическими характеристиками на подложке из титанового сплава со скоростью до 12,5 см /мин, сравнимой со скоростью монохромной записи, необходимо обеспечить продолжительность окисления на стадии остывания от 260 до 1200 мкс посредством нагрева поверхности подложки выше температуры испарения лазерным излучением с дозой многократного лазерного облучения 1,8 -9 мДж.

2. Для многократной перезаписи цветных идентификационных меток с новыми колориметрическими характеристиками на уже окисленной поверхности титановых сплавов необходимо установить дозу лазерного облучения в диапазоне 1,5 - 7,5 мДж, обеспечивающую продолжительность процесса окисления после испарения 240 - 920 мкс. При этом количество актов перезаписи единичных меток ограничено только толщиной металлической подложки.

3. Оперативный переход от режима перезаписи метки на поверхности титановых сплавов к режиму её стирания может быть осуществлён снижением продолжительности процесса окисления после испарения до 240 мкс и менее посредством уменьшения дозы лазерного облучения до 0,5 - 1,5 мДж.

Практическая значимость работы:

1. Предложены, обоснованы и апробированы высокопроизводительные методы, алгоритмы и управляющие программы записи, перезаписи и стирания цветных идентификационных меток на поверхности подложек из титановых сплавов.

2. Существенно увеличена производительность метода цветной лазерной маркировки до 1,1-12,5 см2/мин (в зависимости от заданного цвета).

3. Определена химическая и температурная устойчивость полученных оксидных пленок на поверхности титановых сплавов под действием наносекундного лазерного импульса в воздушной атмосфере, и, таким образом, определен диапазон условий для их практического применения.

4. Разработана конструкция малогабаритного ручного оптико-электронного устройства для формирования цветных изображений на подложке из титанового сплава.

Внедрение результатов работы

Результаты данной диссертационной работы приняты к опытному производству компании ООО «Лазерный центр» при разработке устройства ручной цветной лазерной маркировки в виде эскизного проекта устройства и технологических рекомендаций по рабочим режимам записи цветных изображений на поверхности титановых сплавов с помощью предложенного устройства (Акт о внедрении №1-2020 от 20.05.2020 г. от ООО «Лазерный Центр»).

Методология и методы исследования

В качестве основного материала для исследования выбраны титан ВТ1-0 и сплав титана ВТ6. Экспериментальные исследования проведены с использованием лазерных установок на базе иттербиевого волоконного лазера на длине волны 1064 нм, работающих в непрерывном режиме воздействия: максимальная средняя мощность которой составляет Р = 25 Вт, и в импульсном: с длительностью импульса в диапазоне т = 4-200 нс, с частотой повторения импульсов f = 2 - 999 кГц, максимальная средняя мощность которой составляет Р = 20 Вт.

Для характеризации поверхности сплава титана до и после лазерного воздействия была использована оптическая (микроскоп CarlZeissAxioImagerA1M) и сканирующая электронная (сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) ZeissMerlin, Научный парк СПбГУ, РЦ Нанотехнологии) микроскопии, а также

энергодисперсионный рентгеновский микроанализ (приставка к СЭМ OxfordInstrumentsINCAx-act). Для определения толщины и состава ОП с помощью фокусируемых ионных пучков были подготовлены ламеллы, толщиной менее 100 нм, которые были исследованы методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) в полевом эмиссионном микроскопе Tecnai G2 F20 с приставкой для рентгеноструктурного микроанализа (Институт проблем химической физики РАН).

Для изучения спектров отражения и определения колориметрических координат поверхности сплава титана после лазерного воздействия был использован спектрофотометр СФ-56.

Теоретические исследования процессов лазерного нагревания и окисления сплава титана последовательностью наносекундных лазерных импульсов выполнены посредством компьютерного моделирования в программах Mathcad 15.0, Borland C++ 6.0.

Достоверность полученных результатов

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается воспроизводимостью экспериментальных данных, использованием обоснованных и апробированных физико-математических методов и хорошим согласованием теоретических расчетов с экспериментом, а также общим согласованием с результатами других авторов, и подтверждена на практике. Анализ экспериментальных данных выполнен с учетом общепринятых методов обработки результатов.

Апробация результатов работы

Материалы, представленные в диссертации, докладывались на международных и всероссийских конгрессах и конференциях: 1) Международный симпозиум «Fundamentals of Laser Assisted Micro- and Nanotechnologies», 30 июня - 4 июля 2019 г., Санкт-Петербург, Россия;

2) VIII Международная конференция по фотонике и информационной оптике,

23 - 25 января 2019 г., Москва, Россия;

3) The 26th International Conference on Advanced Laser Technologies, 9 - 14 сентября 2018 г., Таррагона, Испания;

4) VII Всероссийский конгресс молодых ученых, 17 - 20 апреля 2018 г., Санкт-Петербург, Россия;

5) XLVII Научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, 30 января - 2 февраля 2018 г., Санкт-Петербург, Россия;

6) XIII Международная конференция «Прикладная оптика-2018», 18 - 21 декабря 2018 г., Санкт-Петербург, Россия;

7) VII Международная конференция по фотонике и информационной оптике,

24 - 26 января 2018 г. Москва, Россия.

Личный вклад автора

Все результаты, приведенные в данной диссертации, составляющие ее научную новизну и практическую ценность и выносимые на защиту, получены автором лично или в коллективе при его непосредственном участии. Статьи подготовлены автором совместно с соавторами. Публикации

Основные результаты диссертационной работы изложены в 11 печатных изданиях, 2 из которых изданы в журналах, рекомендованных ВАК, 2 - в международных изданиях, индексируемых в базе данных Web of Science или Scopus.

Краткое содержание работы

Во введении показана актуальность исследования, сформулированы цель и задачи, которые необходимо было решить в ходе работы, перечислены методы исследования, отражена научная и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведён обзор научных работ, посвященных методам и устройствам управления КХ поверхности металлов под действием лазерного излучения.

В разделе 1.1 рассмотрен метод получения цветового отклика от поверхности металла, на которой за счет интерференции падающего лазерного излучения (короткой и ультракороткой длительности импульсов) и поверхностной электромагнитной волны образуются лазерно-индуцированные поверхностные периодические структуры (ЛИППС). Отмечено, что вследствие дифракции света на записанных ЛИППС КХ поверхности металлов меняются в зависимости от угла рассмотрения.

В разделе 1.2 описаны методы лазерного формирования плазмонных наноструктур на поверхности металлов для получения цветового отклика. Отмечено влияние химического состава, геометрических размеров и концентрации лазерно-индуцированных наночастиц различных металлов (серебра, золота, меди) на их спектральные свойства и КХ. Рассмотрены основные параметры лазерного воздействия - мощность и длительность импульса, а также скорость сканирования пучка при получении наночастиц серебра за счет лазерной абляции поверхности металлов в воздушной среде. Рассмотрено влияние температуры и состава окружающие среды на цветообразование на поверхности металла.

В разделе 1.3 рассмотрен метод лазерного окисления металлов. Описан механизм образование окисных пленок при лазерном нагревании поверхности металлов в доиспарительных режимах. Отражена зависимость КХ поверхности металлов от режимов лазерного воздействия, параметров и среды обработки. Отмечено испарение пленки диоксида титана в среде аргона при лазерном облучении.

В разделе 1.4 представлены лазерные устройства для управления локальными КХ поверхности металлов. Показано, что установки на базе ультракоротких лазерных импульсов используются, в основном, для изменения КХ поверхности металлов за счет формирования ЛИППС и плазмонных наночастиц металлов. В то же время устройства с лазерами наносекундной длительности импульсов позволяют реализовать все три механизма управления КХ металлов (за счет лазерного окисления, формирования ЛИППС и плазмонных наночастиц). Описаны также существующие оптические системы, используемые для локального управления КХ металлов в технологических установках.

В разделе 1.5 рассмотрены основные сферы применения лазерных технологий и устройств для управления КХ поверхности металлов в современных технологических приложениях. К ним, прежде всего, относится ЦЛМ. Указано, что лазерное окисление металлических поверхностей можно использовать для маркировки серийных изделий на конвейере, нанесения различных кодов, в частности, штрихкодов, кодов быстрого реагирования (QR) и др., для идентификации продуктов и защиты их от подделок и т.д. Отмечено, что лазерное формирование наноструктур на титане совместно с окислением поверхности улучшает биосовместимость титановых сплавов при производстве медицинских имплантатов и протезов, а также позволяет создавать супергидрофобные, износостойки или антиотражающие поверхности, применяемые в многочисленных промышленных, военных и в биомедицинских областях. Указано также, что возможность лазерного локального формирования цвета на поверхности металлов может стать основой нового вида «научного» искусства - лазерной художественной миниатюры.

В разделе 1.6 сформулированы основные выводы первой главы, указаны актуальные проблемы, требующие решения и основные задачи для создания методов и устройства управления КХ поверхности металлов.

Во второй главе предложен и обоснован метод лазерной записи цветных идентификационных меток на поверхности подложки из титанового сплава под действием наносекундных лазерных импульсов в воздушной атмосфере.

В разделе 2.1 проведено обоснование выбора лазерного источника, сканирующей системы и среды обработки для формирования цветных идентификационных знаков на поверхности металлов. В качестве подложки для идентификационной метки выбраны титан ВТ1-0 (как пример титана технического, без легирующих элементов) и сплав титана ВТ6 (с добавлением порядка 6% алюминия и 4% ванадия), обладающие высокими антикоррозионными свойствами. Они способны длительное время сохранять свои характеристики в неблагоприятных условиях и в широком диапазоне температур. Также подробно описаны методы исследования химического состава, морфологии, спектральных и колориметрических свойств поверхности титана до и после лазерной обработки.

В разделе 2.2 описано лазерное формирование цветной идентификационной метки на поверхности подложки из титанового сплава с заданными КХ в режимах выше порога испарения металла, при котором ОП (цвет) формируется на стадии остывания (лазерная запись). Для формирования ОП разной толщины, соответствующих разным цветам, были выбраны режимы лазерного воздействия с

7 2

постоянными значениями плотности мощности q = 1,02*10 Вт/см , длительности импульсов 100 нс, частоты следования импульсов 900 кГц, и варьируемой скоростью V сканирования в диапазоне от 100 мм/с до 500 мм/с, при этом доза многократного лазерного облучения Еи составляет от 1,8 мДж до 9 мДж соответственно. На рисунке 2 представлена полученная палитра цветов и спектры отражения поверхности сплава титана ВТ6 после лазерного воздействия. Как видно из рисунка 2, цвета меняются от голубого (Ti9) до светло-золотистого (Ti1). Стоит отметить, что схожая палитра цветов была получена на поверхности титана ВТ1-0, что говорит о том, что, по-видимому, цветообразование связано с

взаимодеиствием кислорода с титаном, а не с другими легирующими элементами. Также продемонстрировано, что обработка при больших значениях дозы лазерного облучения и частоте следования импульсов, позволяет значительно увеличить производительность до 1,1-12,5 см2/мин (в зависимости от заданного цвета) процесса формирования цветного идентификационного знака на поверхности титана по сравнению с режимами обработки в режиме нагревания, используемыми в ранних работах (0,2-0,7 см /мин) [8, 9].

Рисунок 2 - Схематическое изображение процесса формирования цвета при лазерной записи (а) и палитра цветов Ti9 - Ti1 (б) на поверхности сплава титана ВТ6 после импульсного лазерного воздействия со скоростью сканирования V в диапазоне 100 - 500 мм/с (Еи: 1,8 - 9 мДж). Спектры отражения поверхности сплава титана до и после лазерного воздействия (в). Цветовой локус в системе xyY (CIE 1931) с нанесенными цветовыми координатами полученных цветов, значения дозы лазерного облучения Еи (мДж) показаны по периметру эллипса (г)

Для определения толщины и состава полученных ОП с помощью фокусируемых ионных пучков были подготовлены ламеллы из образцов Ti4 и Ti8. Согласно данным ПЭМ (в светлопольном и темнопольном контрасте) толщина оксидного слоя образца золотого цвета Ti4 составляет 17±7 нм, а синего цвета Ti8 -40±9 нм (Рисунок 3). Колебания толщины в диапазоне ±(7-9) нм от среднего значения отражают неоднородное распределение температуры по поверхности образца в связи с гауссовым профилем пучка и переменным перекрытием лазерных импульсов. Исследования методом высокоразрешающей электронной микроскопии показали, что оксидный слой образца Ti4 имеет параметры решетки, близкие по параметрам к оксиду титана Ti02 (рутил), а образец Ti8 состоит из двух слоев: внутренний слой TiO2 (анатаз) и внешний слой Ti3O5, толщина слоев 15±4 нм и 25±5 нм соответственно.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лыонг Ван Кыонг, 2020 год

ЛИТЕРАТУРА

1. ВалщшинА. ндкЛоермл нодиэд шлцмиюв II Менна. 100!, № 1, tlt-21 Wiulin h. etil. Us2t did Tdki'iMu rtttiiio,' If falots. 200?. te 3, p. L6-21

2. (Mlihg HOCUit^HS. 2014,1 Д It ifl.fL M Ж-24М7ДОПС URL iBplJim/n prwiriiimi Mittag.

]. Khoibji N. V. CLdl. Oxicjl J'drcUEiÜaEUT-Gf diC C^IUJieJ ^i^il'üri и -iil Ji*Tl:ll:l4 pira^iliNiglw^lifBindt^ 1Щ*Щ(1 15HS3 4 Adairs D. P. a al. Члййй-J puisai bse г jdüüu'i tf starless «al JWL (Me ginvih aiteffectsй crffitii'iymail¿ßuffcceaidкагфffikdogv2013,ifflp.L-E.

tajfedPti^ M14.Ï II 5, te 3, p. 10М-1Щ t. l^OtnlB.lJRLrilljlsJMvMaitMJti/Hrii.

7. flqeevE-l.eCaLuOiptùUCriiJïàSifuttild flrt fuTrfOilidrijrr yifäCSürCei ^lIü ter duion by mahœafimid Iteirodpariis/flase Щас, 101 J, t 27, te4. p. MMOL.

S. uriisseL.etiLLiCr^iLf'jL^iiLriürfitjttÜvSS iySiW^JbôC MV^Lia LüTrierr. ofii pfates i^emföe сипи tasc bei fluem ffltypfed 5ir[jte kieitt loos.iiss,

lÉia^ssis-ssu.

g. ÙJiyJ.M.sLdl.Lûii lüLCtJ ](JiiriCm.ulCmüfirieUS//NJljier£rrriLi^lauert. 21117, uS.fLifiMÎ.

IG. ScnÖEsJ.. Riva IL, MipluwaW. H^rif^c UieHnduced №nHX5u-fdu Stnrum M реЯтИ! ilciikäülel Strife isi-ij inattseand iJitfl /ßLrfdö did üringstorobj! Mf.ï 344,р.Ш-412. iL. pubä

lit pioixE рамйл ¡ера ВДкжт itfpwsetrHs. 2D1î, 12§, ieit.ii 17-2 i2i

¿Hoys, precious and refractory metals, etc.) with good resolution without using dyes, labels, etc. The applied identification mark has several degrees of protection both visually observable (changing the type and color of the image, its displacement when changing the angle of view} and hidden ones (availability of differem types of periodic structures when viewing them under a microscope, the exact coincidence of colorimeiric coordinates with a previously developed template} that meet the basic requirements for protective holograms. Hius, the labeling provides multi level protection from product falsification. It should be noted that the technology of color laser labeling is implemented with the help of fiber-laser complexes widely implemented in industrial production, and its efficiency is comparable to that monochrome laser engraving, which is used by many Russian enterprises.

The technology already finds its application in many areas uf industry: staining of components and labeling instrument panels in machine and instrument engineering (Fig. 6A)r printing of logos of enterprises on souvenir products (Fig. &fl). creating a protective nontoxic coating on medical products made of titanium (Tig, GB), as well as the creation of products with a unique design in jewelry (Fig, ID}, modern art (Fig. 6D) and much more.

Photonics vol 12 № & (74) 2018 575

Том 87 Na 10 /Октябрь 2020/ Оптический журнал

103

Оптический

журнал

Письма в редакцию

УДК 544.032.65, 544.537

О возможности создания

художественной лазерной миниатюры

на основе метода локального окисления металлов

© 2020 г. В. П. Вейко* доктор техн. наук; В. К. Лыонг*, аспирант;

С. Г. Горный**, канд. техн. наук; Я. М. Андреева*, аспирант; Д. С. Лутошина*, студент; Г. В. Одинцова*, канд. техн. наук

"Университет ИТМО, Санкт-Петербург "ООО «Лазерный Центр», Санкт-Петербург E-mail: [e-mail] Поступила в редакцию 12.06.2020 DOI:10.17586/1023-5086-2020-87-10-103-109

В данной статье предлагается новый подход к искусству цветной миниатюры на основе современных приборов фотоиики и лазерных технологий. Рассмотрена концепция и принципиальная схема устройства для изобразительного творчества — «лазерной кисти» на основе волоконного иттербиевого лазера папосекундной длительности импульса. Работоспособность предложенного подхода показана на примере создания цветной миниатюры на поверхности титана. Проанализированы оптические свойства окрашенных областей и сделаны выводы о диапазоне необходимых параметров лазерного излучения для такого устройства.

Ключевые слова: волоконные лазеры, цветная лазерная маркировка, лазерная кисть, лазерное окисление металла, лазерная оптическая система.

Коды OCIS: 350.3390, 120.4820.

1. ВВЕДЕНИЕ

Art & Science — междисциплинарная область творчества, находящаяся на стыке научного (рационального) и художественного (интуитивного) способов познания. Объединяясь, эти две области позволяют не только осмыслить достижения науки, но и увидеть её своеобразную красоту и творческий потенциал. Область Art & Science демонстративно выходит за рамки традиционного понимания как искусства, так и науки, создавая в обществе обширное поле для инноваций [1].

Будем называть эту сферу «научным» искусством. Несмотря на новые технологии и инструменты, мастерство человека всё ещё остаётся краеугольным камнем этой сферы творчества. Однако быстрое развитие техно-

логии приводит к появлению новых средств и форм современного искусства и появлению новых художественных методов, которые привлекают внимание современных художников всего мира [2].

Наиболее общепринятые материалы художника-живописца — это масляные краски, акварель, чернила, пастель, уголь и т. д. Но цветное изображение можно создать и без использования красителей, только за счёт оптических эффектов, таких как интерференция и дифракция света, плазмонный резонанс и др. [2-6].

Интерференция света в тонких оксидных плёнках является перспективным механизмом окрашивания различных металлов. Цвет в этом случае будет зависеть от толщины

и состава таких плёнок. В предыдущих работах авторов [6, 7] было показано, что получение определённого цвета поверхности за счёт окисления может достигаться путём изменения режимов лазерного воздействия (мощность, длительность импульсов, частота следования импульсов), параметров (перекрытие лазерных импульсов, степень фокусировки) и среды обработки. Полученные таким образом цвета тонких плёнок устойчивы к износу, выдерживают широкий диапазон различных температур и влажности, а также стабильны в агрессивных химических средах.

Возможность локального формирования цвета (цветового пятна или мазка) на поверхности металлов, реализованная на базе технологии локального лазерного окисления, может стать основой нового вида «научного» искусства — лазерной художественной миниатюры.

Однако, художнику, как правило, требуется не только широкая палитра устойчивых цветов, но и удобный в использовании инструмент для их нанесения. Примером комбинирования современных технологий и инструментов для творчества, может служить, например, специальные ручки для трёхмерной печати [8]. Они уже нашли широкое применение среди современных художников. Существуют и широко используются также лазерные установки различного назначения, управление которыми осуществляет непосредственно оператор, минуя управляющую программу. Например, установки для лазерной очистки произведений скульптуры и архитектуры вошли в обиход реставраторов [9, 10]. Такие установки включают в себя ручной дистанционный модуль с системой контроля энергии и фокусировки излучения. Кроме того, в ряде медицинских и косметологических применений также используются ручные модули управления излучением [11]. Таким образом, конструкция приборов такого типа позволяет оператору самостоятельно контролировать размеры зоны лазерного воздействия, задавать мощность и иные параметры излучения, тем самым управляя результатом воздействия.

В данной статье на основе разработанного ранее метода цветной лазерной маркировки поверхности металлов мы предлагаем концепцию создания лазерного устройства, позволяющего оператору в ручном режиме управлять

характеристиками лазерного излучения и скоростью лазерной записи. Этот инструмент, называемый нами в обиходе «лазерная кисть» может быть использован для создания нового вида современного научного искусства — лазерной художественной миниатюры. В качестве холста в этом случае выступает поверхность металла (или металлическая плёнка), способная под действием локального лазерного нагревания в атмосфере формировать цвета (например, титан), красками послужат лазерно-индуцированные оксиды металлов, а решающая творческая функция по-прежнему принадлежит художнику.

В статье показана возможность лазерного формирования отдельных мазков (точек, линий) различного цвета за счёт варьирования параметров излучения, а также исследованы зависимости спектров отражения от средней мощности лазерного излучения. Предложена оптическая схема устройства вывода и фокусировки излучения, а также произведён расчёт его габаритных и оптических параметров. Полученные результаты позволяют сконструировать устройство для создания полноценных художественных произведений на «лазерном холсте». Мы надеемся, что технология лазерной цветной миниатюры проложит путь к совершенно новому виду дизайна в современном искусстве.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОЦЕНКИ РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ЛАЗЕРНОЙ КИСТИ

2.1. Материалы и оборудование

В качестве материала для проведения исследований использовались плоскопараллельные пластины титана ВТ6, который обладает широкой палитрой цветов побежалости [6], а также высокой прочностью, достаточной пластичностью, низкой плотностью и хорошей коррозионной стойкостью. Перед лазерной обработкой пластины были очищены ацетоном.

Экспериментальные результаты по лазерному окрашиванию поверхности титана получены с помощью промышленной установки Минимаркер 2 на базе иттербиевого непрерывного волоконного лазера. Источник излу-

- получение линии (мазка художника) шириной не менее 200 мкм для её идентификации человеческим глазом.

Для создания палитры на поверхности титана использовалась средняя мощность лазерного воздействия в диапазоне от 5 ДО 25 Вт, остальные параметры фиксированы (скорость сканирования 100 мм/с), чтобы художник мог легко манипулировать лазерной кистью. Для получения линии (мазка художника) шириной не менее 200 мкм обработка проводилась не в фокусе объектива, а на расстоянии ДР = +4 мм. На рис. 1 представлена полученная палитра цветов и её спектральные характеристики. На рис. 2 представлен пример лазерной цветной миниатюры с размерами 15x25 мм, полученной при данных режимах лазерного воздействия.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЛАЗЕРНОЙ ЦВЕТНОЙ МИНИАТЮРЫ

3.1. Расчёт оптической системы

Из предварительных оценок получено, что оптическая система должна обеспечивать диаметр пятна лазерного воздействия не менее 200 мкм с одновременно максимальной возможной глубиной резкости, и желательно с равномерным распределением интенсивно сти в плоскости обработки. Также необходимо учесть, что данный прибор должен удобно располагаться в человеческой руке, например, как шариковая ручка.

Таким образом, расчёту и оптимизации подлежали диаметр лазерного пучка в фокальной плоскости, глубина резкости (длина каустики) и распределение интенсивности в плоскостях

поперечного сечения в самом фокусе и вблизи него в пределах глубины фокусировки [12].

Искажение распределения поля выходного лазерного пучка оценивается функцией волновой аберрации. Для оптической системы лазерной технологической головки, по критерию Марешаля, допустимое значение функции волновой аберрации должно соответствовать следующим условиям [13]:

где — разность максимального и минимального значения функции волновой аберрации, С] — коэффициент, который определяет 50% аберраций третьего, 47% — пятого и 44% — седьмого порядка при разложении функции волновой аберрации по полиномам Чебышева [14]. Чтобы обеспечить небольшие дифракционные искажения распределения поля выходного лазерного пучка, световой диаметр линзы оптической системы должен быть в 2,5 раза больше диаметра лазерного пучка.

Практика разработки и применения оптических головок волоконного лазера показывает, что оптимальная структурная схема оптической системы — это двухкомпонентная схема [15]. Первым компонентом схемы является коллимирующий узел, вторым — фокусирующий (рис. 3).

Задача габаритного синтеза лазерной оптической системы сводится к тому, что

— задаются параметры исходного лазерного пучка. Длина волны излучения X = 1,07 мкм, диаметр активного волновода dw = 50 мкм, параметр качества пучка М2 = 2;

- определяются требуемые параметры выходного пучка: диаметр пучка в сечении выходной перетяжки по уровню интенсивности

Параметры лазерной оптической системы прибора ручной цветной лазерной маркировки

dw, d,, Коллиматор гj, d2 Объектив ds L, AW CI

мкм мм г2, мм, мм г^, мм, мм мм А, Я,

n-i п<2, пз

50 40 50,-33,45 10 19,72,-15,49,439,55 90 150 0,05 0,003

1,5163 (К8) 1,5163 (К8), 1,7552 (ТФ5)

Примечание. dw — диаметр волокна, di — расстояние от торца волокна до коллиматора, — расстояние от коллиматора до объектива, ds — расстояние от объектива до поверхности обрабатываемой детали, Г|, rz — радиусы линзы коллиматора, Г3, , /"5 — радиусы линзы объектива, L — длина прибора ручной цветной лазерной маркировки.

Том 87, № 10 /Октябрь 2020/ Оптический журнал

Узел фокусировки

Образец

Узел коллиматора

Волокно

Рис. 3. Схема лазерной оптической системы.

1/е — cl(] 300 мкм и допустимые искажения лазерного пучка.

Для расчёта параметров лазерной оптической системы прибора ручной цветной лазерной маркировки была использована работа [16]. Результаты расчёта приведены в таблице.

3.2. Определение режима работы

Требуемый для цветного «рисования» режим, прежде всего, подразумевает обеспечение плотности мощности в «мазке рисования», достаточной для формирования заданного цвета оксидной плёнки по всему размеру светового пятна. Это обеспечивает достижение температуры в пятне в диапазоне выше температуры окисления (873 К) и ниже температуры испарения (3560 К) титана, что соответствует пороговой плотности мощности в диапазоне от 180 до 1500 МВт/м2 для титана. Данные значения хорошо коррелируют с плотностью мощности, которую обеспечивает выбранный волоконный лазерный источник от 280 до 1400 МВт/м2.

Таким образом, плотность мощности в плоскости «рисования» обеспечивает формирование заданного цвета оксидной плёнки по всему размеру светового пятна.

3.3. Конструкция устройства

Конструкция устройства представлена на рис. 4.

Устройство состоит из двух корпусов 2 и 8, соосно соединённых между собой. В корпусе 2 закреплён держатель волоконного световода 1 и узел коллиматора 3. Волоконный световод 1 имеет диаметр 50 мкм. В узле коллиматора 3 находится линза 4. Узел 3 соединяется с корпусом 2 за счёт резьбы с шагом 0,25 мм для того, чтобы при сборке и юстировке торец волокна 1 находился в фокальной плоскости коллимационной линзы 4.

В корпусе объектива 8 находится узел объектива 5, пружина 9, контактный датчик 10, наблюдаемое стеклянное кольцо 11 и ручная головка 12. Узел объектива 5 соединён с корпусом 2 резьбой шагом 0,25 мм, чтобы при юстировке лазерное излучение после объектива 5 фокусировалось на поверхность обрабатываемой детали. Для защиты объектива от продуктов лазерного воздействия перед узлом 5 установлено защитное стекло 6. Для того, чтобы устройство удобно располагалось в человеческой руке, на корпусе установлено резиновое кольцо 7.

Устройство работает следующим образом: лазерный луч из волокна попадает в коллиматор и преобразуется в параллельный пучок, затем проходит через фокусирующую линзу объектива и попадает на обрабатываемую деталь, образуя «пятно». При рисовании ручная головка 12 нажимает на обрабатываемую деталь и сжимает пружину 9. Ручная головка перемещается вверх до касания с корпусом 8, в торце которого установлен контактный датчик 10. Сигнал с датчика 10 включает лазер.

150

Рис. 4. Конструкция устройства. 1 — волоконный световод, 2 — корпус коллиматора, 3 — узел коллиматора, 4 — коллиматор, 5 — узел объектива, 6 — защитная линза, 7 — резиновое кольцо, 8 — корпус объектива, 9 — пружина, 10 — контактный датчик, 11 — наблюдаемое стеклянное кольцо, 12 — ручная головка.

Наоборот, когда ручная головка 12 не нажимает на обрабатываемую деталь, пружина 9 отталкивает ручную головку 12, сигнал из датчика 10 прерывается, и лазер выключается.

Одним из существенных требований к конструкции устройства является поддержание постоянного рабочего обрезка, по крайней мере, в пределах глубины резкости оптической системы. Эту задачу выполняет контактный датчик 10.

Для формирования цвета на поверхности металла с помощью панели устройства (компьютера) исполнитель-художник выбирает мощность, соответствующую выбранному цвету, и перемещает устройство со средней скоростью около 100 мм/с.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой статье мы предложили вариант конструкции «лазерной кисти» для цветной маркировки. Экспериментально с помощью прототипа «лазерной кисти» созданы чёткие цветные линии с шириной около 300 мм на металлической поверхности титана под воздействием импульсного лазера наносекунд-ной длительности импульса со скоростью 100 мм/с.

Предлагаемая технология и устройство создаются для тех, кто хочет преодолеть границы дисциплинарных ограничений. Она позволит получить необходимые научно-технические навыки художникам, которые уже занимаются творчеством и хотели бы открыть новые возможности в способах выражения собственных идей в области формы и содержания современного искусства. В то же время она призвана раскрыть креативный потенциал тех, кто имеет практический опыт в области фотоники, робототехники, компьютерных технологий и др. и ищет новые пути развития и коммуникации [1].

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерством науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Постановления 218 от 09.04.2010 г., соглашение № 075-11-2019-066 от 22.11.2019 г., название проекта «Создание высокотехнологичного производства оборудования и технологий лазерного кодирования перемещаемых товаров и их оптической идентификации для реализации современных систем управления материальными потоками».

Авторы выражают благодарность Юреви-чу В.И. за ценные советы и рекомендации при выборе лазерного источника и построении оптической схемы устройства «лазерной кисти».

ЛИТЕРАТУРА

1. НарропепА., Stepanov A., Hirvimaki M.,Manninen M., Dennisuk W„ Piili H., Salminen A. Art-technology collaboration and motivation sources in technologically supported artwork buildup project // Physics Procedia. 2015. V. 78. P. 407-414.

2. Kumar K„ Duan H., Hegde R. S., Koh S.C., Wei J.N., Yang J.K. Printing colour at the optical diffraction limit // Nature nanotechnology. 2012. V. 7. № 9. P. 557.

3. KuznetsovA.I.,MiroshnichenkoA.E.,FuY.H.,ZhangJ.,Luk'YanchukB. Magnetic light // Scientific reports. 2012. V. 2. P. 492.

4. Jahani S., Jacob Z. All-dielectric metamaterials // Nature nanotechnology. 2016. V. 11. № 1, P. 23.

5. Guay J.M., Lésina A.C., Côté G., Charron M., Poitras D., Ramunno L., Berini P, Week A. Laser-induced plasmonie colours on metals // Nature communications. 2017. V. 8. 1. P. 1-12.

6. Andreeva Y.M., Luong V.C., Lu.tosh.ina D.S., Medvedev O.S., Mikhailovskii VY„ Moskvin M.K., Odintsova G.V., Romanov УУ., Shchedrina N.N., Veiko V.P. Laser coloration of metals in visual art and design // Opt. Mater. Express. 2019. V. 9. № 3. P. 349854.

7. Odintsova G„ Andreeva Y., Salminen A., Roozbahani H„ Van Cuong L„ Yatsuk R„ Golubeva V., Romanov V., Veiko V. Investigation of production related impact on the optical properties of color laser marking // Journal of Materials Processing Technology. 2019. V. 274. P. 116263.

8. Bae S.H. Pen-based 3D drawing system with 3D orthographic plane or orthographic ruled surface drawing // US Patent 7696998. 2010.

9. Siano S., Agresti J., Cacciari I., Ciofini D., Mascalchi M., Osticioli I., Mencaglia A.A. Laser cleaning in conservation of stone, metal, and painted artifacts: state of the art and new insights on the use of the Nd: YAG lasers // Applied Physics A. 2012. V. 106. № 2. P. 419-446.

10. Парфенов В.А., Геращенко А.Н., Геращенко М.Д., Григорьева ИД. Лазерная очистка исторических памятников // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2010. V. 66. № 2. Р. 1117.

11. MirM., Mojahedi S. M.,Adalathhah H„ Tuner J., ShiraniA.M., Babaalipour R„ Shabani M. Evaluation of a newly developed laser pen as a home care device for pain reduction of recurrent aphthous stomatitis (preliminary study) // International Journal of Clinical Medicine. 2015. V. 6, № 1. P. 19.

12. Григоръянц А.Г., Васильцов B.B. Пространственная структура излучения мощных волноводных и волоконных лазеров для технологий // Инженерный журнал: наука и инновации. 2012. Т. 6. .tv 6. С. 5-33.

13. Русинов М.М., Грамматин А.П., Иванов П.Д. Вычислительная оптика: Справочник / Под. ред. Руси-нова М.М. М.: Изд. ЛКИ, 2008. 423 с.

14. Носов ПА., Павлов В.Ю., Пахомов И.И., Ширанков А.Ф. Аберрационный синтез оптических систем, предназначенных для преобразования лазерных пучков // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 9. С. 34-44.

15. Abt F„ Hess A., Dausinger F. Temporal behaviour of the focal shift of beam forming optics for high power single mode lasers // International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics. Temecula, California, USA. October 20-23, 2008. Laser Institute of America. 2008. V. 2008. № 1. P. 1302.

16. Аниканов А.Г., Пахомов И.И., Ширанков А.Ф. Структурный синтез лазерных оптических систем при ограничениях их параметров // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 2. С. 30-36.