01
Szakdolgozati útmutató
A kvarcüveg változatos szerkezeti konfigurációkat mutat változó hőmérsékleti és nyomásviszonyok mellett, állandó térfogatsűrűsödéssel kísérve, ami jelentősen befolyásolja makroszkopikus optikai tulajdonságait, például törésmutatóját. A magas{1}}hőmérsékletű és nagy{2}}nyomású (HPHT) fizikai tömörítés és a femtoszekundumos lézeres közvetlen írás (FLDW) fotoelektromos gerjesztés által kiváltott sűrűsödés mögött meghúzódó alapvető mikroszkopikus szerkezeti evolúciós mechanizmusok azonban még nem teljesen tisztázottak. Az új, többmagos szálak, kvantumintegrációk és fejlett optoelektronikai hibrid eszközök rugalmas tervezése és fejlesztése szempontjából kulcsfontosságú, hogy mélyebben megértsük ezeket a nem--egyensúlyi üveghálózat-átalakítási folyamatokat extrém körülmények között.
02
teljes szöveges áttekintés
Ez a tanulmány szisztematikusan hasonlítja össze a szerkezeti fázisátalakulásokat és az optikai válaszokat, amelyeket a magas-hőmérsékletű, nagynyomású-kezelés (HPHT), a femtoszekundumos lézeres direkt írás (FLDW) és ezek kvarcüvegben történő kombinált folyamatai indukálnak. Az eredmények azt mutatják, hogy bár mindkét módszer lineárisan növeli a törésmutatót és a makroszkopikus denzitást, alapvetően különbözik a mikroszkópos szerkezetátalakítási útvonalakban. A legkritikusabb különbség abban rejlik, hogy a lézerrel besugárzott területen az üvegszerkezet extrém fototermikus hatások hatására jellegzetes magas virtuális hőmérsékletű (1600–2000 K) állapotba fejlődik, amihez a perem-megosztásos SiO4 tetraéderekhez szorosan kapcsolódó nem-áthidaló oxigén (NBO) hibák lépnek fel. Ez a fotolumineszcencia (PL) viselkedéséhez vezet, amely határozottan különbözik az egyszerű nagynyomású fizikai kezeléstől.
03
Szöveg- és képelemzés
Az 1. ábra a szilícium-dioxid üveg femtoszekundumos lézer-indukált II típusú nanorácsok nagy-nyomástűrésének jellemzését mutatja, beleértve a transzmissziós optikai mikrográfokat (A-F, M-P) és a polarizációs mikrográfokat (G-L, Q-T). Felállították az eredeti üvegből készült, csak lágyított kontrollcsoportot és négy 673 K magas hőmérsékletű és 1,4, 2,5, 3,7 és 4,9 GPa nagynyomású gradiens fokozatot, és két csoportban hasonlították össze a folyamatokat: "lézer első, nagy nyomás" és "nagy nyomás először lézer". A lézerimpulzus energiáját 0,8 µJ-ban rögzítettük. A polarizációs kép színes jele a nanorács alak kettős törési intenzitását reprezentálja. Az eredmények azt mutatják, hogy az egyszerű 673 K hőkezelés nem károsítja a rácsot, és a nanorács szerkezete és kettős törése stabilan megtartható, ha a nyomás kisebb vagy egyenlő, mint 2,5 GPa. A 3,7 GPa elérése után a kettős törés jelentősen, 4,9 GPa-nál pedig a kettős törés jelentősen csökken. A kettős törés teljes eltűnése azt jelzi, hogy az meghaladja a 3,7 GPa-t. A magas hőmérséklet és a nagy nyomás összeomlja a nanopórusokat a rács belsejében, tönkreteszi a periodikus sűrűségmodulációs struktúrát, és a rács fáziskésleltetési változása mindkét feldolgozási szekvencia alatt reverzibilis, ami megerősíti, hogy a nanorács rendelkezik a nagy nyomáson törölhető rekonstrukció jellemzőivel.
A 2. ábra kétféle, 325 nm-es, illetve 532 nm-es gerjesztőfénnyel kapott szilikaüveg konfokális mikroszkópiával kapott fotolumineszcencia spektrumot mutatja be. A hibák lumineszcenciájának különbségeit öt mintacsoportban hasonlítottuk össze: az eredeti üveg, csak femtoszekundumos lézeres direkt írás (FLDW), csak magas hőmérséklet és nagy nyomás (HPHT), magas nyomás lézer előtt és lézer nagynyomás előtt; Az FLDW-vel kezelt minták 530 nm-es zöld emissziós csúcsot és 650 nm-es vörös emissziós csúcsot is mutattak. A zöld fény az önbefogott excitonokból származott, míg a piros fény izolált, nem áthidaló oxigénhibáknak felelt meg. Azonban minden HPHT-val kezelt minta csak zöld lumineszcenciát és a vörös fénycsúcs teljes eltűnését tudta megfigyelni, ami arra utal, hogy alapvető különbség van a femtoszekundumos lézer és a nagynyomású{8}}módosítás által kiváltott hibatípusok között. A nagynyomású kezelés elősegíti a nem áthidaló oxigén és az üveghálózatok közötti kölcsönhatást, kiküszöbölve az izolált, nem áthidaló oxigénnek megfelelő vörös fényt.
A 3. ábra konfokális Raman-spektroszkópiát használ a magas hőmérsékletű és nagynyomású (HPHT), a femtoszekundumos lézeres közvetlen írás (FLDW) és a kompozit eljárással módosított szilícium-dioxid üveg mikrohálózati szerkezetének elemzésére. Az A ábra négy mintacsoport teljes Raman-spektrumát mutatja: eredeti üveg, csak lézer, 4,9 GPa nagynyomás és 4,9 GPa nagynyomás lézer után. A Si-O-Si hatszögletű gyűrűhajlítási rezgés fő csúcsa 440 cm⁻¹-nél a magelemzési objektum; A B ábra a HPHT minta Raman főcsúcs pozíciójának változási görbéjét mutatja nyomással. A fő csúcs a nagyobb hullámszámok felé tolódik el, és a nyomás növekedésével szűkül a sávszélesség, ami a Si-O-Si kötésszög csökkenésének és a kötésszög egyenletesebb eloszlásának felel meg. A jobb oldali függőleges tengely szinkronban van kalibrálva a megfelelő virtuális hőmérséklettel; A C ábra összehasonlítja az eredeti, 3,7 GPa és 4,9 GPa előpréselt üveg fő csúcseltolódását és azzal egyenértékű virtuális hőmérsékletét különböző energiájú lézeres besugárzás után. A lézeres besugárzás hatására az összes mintaszerkezet aszimptotikusan konvergál egy egyenletes, 1600-2000 K virtuális hőmérséklethez. Az alacsony elősajtolású üveg fő csúcseltolódása lézerenergiával telítődik, míg a 4,9 GPa nagy-sűrűségű üveg fő csúcsa az alacsonyabb hullámszámok felé tolódik el, és felfedi, hogy a lézersűrűsödő üveg nagy nyomású hálózata ellazul. Ez intuitív módon tükrözi a HPHT és FLDW módosulási útvonalak differenciális szabályozási törvényeit a szilícium oxigénkötési szögében és az egyenértékű virtuális hőmérsékleten.
04
összefoglaló
Ez a cikk szisztematikusan feltárja a hasonlóságokat és különbségeket a nagy{0}}nyomású fizikai tömörítés és a femtoszekundumos lézeres közvetlen írás között sűrűsített kvarcüvegben. Bár mindkettő tartós tömörítést és törésmutató-növekedést érhet el, mikroszkopikus szinten az elektromágneses gerjesztéssel indukált ultragyors lézer egyedülálló módon készteti az üveghálózatot a magas virtuális hőmérsékleti állapot felé, és lokálisan egyedi mikroszkopikus krisztallográfiai hibákat indukál, mint például a kötéstörés, az NBO és a közös élű tetraéderek feldolgozása, amelyek a magas nyomású tetraéderekben hiányoznak. (RUM) deformáció. Ez a felfedezés nemcsak tisztázza az amorf hálózatok topológiai deformációjának határait különböző energiainjektálási módszerek mellett, hanem szilárd elméleti alapot biztosít új fotonikus eszközök és optikai kommunikációs komponensek tervezéséhez a jövőben a helyi struktúra testreszabása révén.
