01
Руководство по диссертации
Кварцевое стекло демонстрирует разнообразные структурные конфигурации при различных условиях температуры и давления, что сопровождается постоянным объемным уплотнением, что существенно влияет на его макроскопические оптические свойства, такие как показатель преломления. Однако фундаментальные микроскопические механизмы структурной эволюции, лежащие в основе уплотнения, вызванного физическим сжатием при высокой - температуре и высоком - давлении (HPHT) и фотоэлектрическим возбуждением фемтосекундной лазерной прямой записи (FLDW), еще полностью не выяснены. Более глубокое понимание этих не-процессов реструктуризации стеклянной сети в экстремальных условиях имеет решающее значение для гибкого проектирования и разработки новых многожильных волокон, квантовых интегралов и современных оптоэлектронных гибридных устройств.
02
полный обзор текста
В этом исследовании систематически сравниваются структурные фазовые переходы и оптические отклики, вызванные обработкой при высоких-температурах и высоких{1}}давлениях (HPHT), прямой фемтосекундной лазерной записи (FLDW) и их комбинированных процессах в кварцевом стекле. Результаты показывают, что, хотя оба метода достигают линейного увеличения показателя преломления и макроскопического уплотнения, они фундаментально различаются путями микроскопической реструктуризации. Наиболее критическое различие заключается в том, что структура стекла в области лазерного-облучения развивается до характерного состояния с высокой виртуальной температурой (1600–2000 К) под действием экстремальных фототермических эффектов, сопровождающихся генерацией немостиковых кислородных дефектов (NBO), тесно связанных с тетраэдрами SiO4 с общими ребрами-. Это приводит к поведению фотолюминесценции (ФЛ), которое заметно отличается от поведения, достигаемого простой физической обработкой под высоким-давлением.
03
Анализ текста и изображений
На рисунке 1 показаны характеристики устойчивости к высокому-давлению нанорешеток типа II, индуцированных фемтосекундным лазером из кварцевого стекла-, включая трансмиссионные оптические микрофотографии (A-F, M-P) и поляризационные микрофотографии (G-L, Q-T). Было установлено исходное стекло, только отожженная контрольная группа, четыре уровня высокой температуры 673 К и градиенты высокого давления 1,4, 2,5, 3,7 и 4,9 ГПа, и процессы сравнивались в двух группах: «сначала лазер, высокое давление» и «сначала высокое давление, лазер». Энергия лазерного импульса была зафиксирована на уровне 0,8 мкДж. Цветовой сигнал поляризационного изображения представляет собой интенсивность двулучепреломления формы нанорешетки. Результаты показывают, что простой отжиг при 673 К не повреждает решетку, а структура и двойное лучепреломление нанорешетки могут стабильно сохраняться, когда давление меньше или равно 2,5 ГПа. После достижения 3,7 ГПа двулучепреломление существенно снижается, а при 4,9 ГПа двулучепреломление существенно снижается. Полное исчезновение двойного лучепреломления указывает на то, что оно превышает 3,7 ГПа. Высокая температура и высокое давление разрушают нанопоры внутри решетки, разрушают структуру периодической модуляции плотности, а изменение фазовой задержки решетки обратимо при обеих последовательностях обработки, подтверждая, что нанорешетка обладает характеристиками стираемой реконструкции под высоким давлением.
На рис. 2 представлены спектры фотолюминесценции конфокальной микроскопии из кварцевого стекла, полученные с использованием двух типов возбуждающего света: 325 нм и 532 нм соответственно. Различия в люминесценции дефектов сравнивались среди пяти групп образцов: исходное стекло, только прямая запись фемтосекундным лазером (FLDW), только высокая температура и высокое давление (HPHT), высокое давление до лазера и лазер до высокого давления; Образцы, обработанные FLDW, демонстрировали как пик зеленого излучения при 530 нм, так и пик красного излучения при 650 нм. Зеленый свет исходил от автолокализованных экситонов, а красный свет соответствовал изолированным немостиковым кислородным дефектам. Однако на всех образцах, обработанных HPHT, можно было наблюдать только зеленую люминесценцию и полное исчезновение пика красного света, что указывает на фундаментальное различие между типами дефектов, индуцированных фемтосекундным лазером и модификацией под высоким-давлением. Обработка высоким давлением способствует взаимодействию между немостиковым кислородом и стеклянными сетками, устраняя красный световой сигнал, соответствующий изолированному немостиковому кислороду.
На рисунке 3 используется конфокальная рамановская спектроскопия для анализа структуры микросетей высокой температуры и высокого давления (HPHT), прямой фемтосекундной лазерной записи (FLDW) и кварцевого стекла, модифицированного композитным процессом. На рисунке A показаны полные спектры комбинационного рассеяния четырех групп образцов: исходное стекло, только лазер, высокое давление 4,9 ГПа и высокое давление 4,9 ГПа после лазера. Основной пик изгибных колебаний гексагонального кольца Si-O-Si на частоте 440 см ⁻¹ является объектом анализа керна; На рисунке B показана кривая изменения положения основного пика комбинационного рассеяния образца HPHT в зависимости от давления. Основной пик смещается в сторону больших волновых чисел и сужается по мере увеличения давления, что соответствует уменьшению валентного угла Si-O-Si и более равномерному распределению валентных углов. Правая вертикальная ось синхронно калибруется с соответствующей виртуальной температурой; На рисунке C сравниваются сдвиг основного пика и эквивалентная виртуальная температура исходного предварительно прессованного стекла с давлением 3,7 ГПа и 4,9 ГПа после лазерного облучения при различных энергиях. Лазерное облучение заставляет все структуры образца асимптотически сходиться к однородной виртуальной температуре 1600-2000 К. Основной сдвиг пика стекла с низкой степенью предварительного прессования насыщает лазерной энергией, в то время как основной пик стекла с высокой плотностью 4,9 ГПа смещается в сторону меньших волновых чисел, показывая, что лазер может расслаблять и регулировать сетку уплотненного стекла под высоким давлением. Это интуитивно отражает законы дифференциального регулирования путей модификации HPHT и FLDW в зависимости от угла связи кремния с кислородом и эквивалентной виртуальной температуры.
04
краткое содержание
В этой статье систематически раскрываются сходства и различия между физическим сжатием под высоким-давлением и прямой записью фемтосекундным лазером в уплотненном кварцевом стекле. Хотя оба могут добиться постоянного уплотнения и увеличения показателя преломления, на микроскопическом уровне сверхбыстрый лазер, индуцированный электромагнитным возбуждением, уникальным образом заставляет стеклянную сетку развиваться в направлении состояния с высокой виртуальной температурой и локально вызывает уникальные микроскопические кристаллографические дефекты, такие как разрыв связей, NBO и тетраэдры с общими краями, которые отсутствуют при обработке под высоким-давлением, основанной на деформации режима жесткого элемента (RUM). Это открытие не только проясняет границы топологической деформации в аморфных сетях при различных методах инжекции энергии, но также обеспечивает прочную теоретическую основу для разработки новых фотонных устройств и компонентов оптической связи посредством настройки локальной структуры в будущем.
