Characterization of Laser-Induced Surface and Subsurface Modifications in ZnS

Abstract

Denne avhandlingen rapporterer induserte strukturer under overflaten av ZnS, laget med ultrakorte laserpulser av bølgelengde 2.1 μm. Slike strukturer laget med denne bølgelengden utforskes for første gang i løpet av dette arbeidet. Publisert forskning i dette feltet har frem til nå bare omhandlet liknende strukturer laget med kortere bølgelengder. Defekter er laget med varierende parametre som effekt, skannehastighet og dybde. Strukturer med høy grad av symmetri, hvor både kjernen og kledningen er nær sirkulær demonstreres og karakteriseres. Bølgeledere med kjerne av diameter 30 μm viser optisk singel modus operasjon med forplantningstap på omtrent 0.32-1.18 dB/cm. Et aktivt laserforsterkningsmedium med bølgeledere og antireflekterende strukturer på tverrsnittet er for første gang demonstrert, hvor alt er prosessert med fs laserpulser.

This thesis reports for the first time subsurface structures in ZnS induced by a 2.1 μm ultrashort pulsed laser. Although earlier studies have led to the development of in-bulk defects and waveguides in ZnS crystals using shorter irradiation wavelengths, processing in this mid infrared (MIR) wavelength region is yet to be reported in the literature. The structures were inscribed by varying parameters, such as average power, writing speed, and depth. Highly symmetric waveguides with an circular core and cladding were realized and characterized. A wide range of characterization methods, such as optical microscopy, infrared transmission microscopy, micro-Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, and laser coupling experiments, are used for studying these laser-induced structures. Waveguides with a 30 μm core diameter exhibit single-mode confinement and propagation losses ranging from 0.32 to 1.18 dB/cm. This work also investigates for the first time an active gain medium, which encompasses waveguides integrated with anti-reflection coatings, with all structures being developed with femtosecond laser processing.