01
Abstrakt
Kvartsglas uppvisar olika strukturella konfigurationer under varierande temperatur- och tryckförhållanden, åtföljd av permanent volymetrisk förtätning, vilket avsevärt påverkar dess makroskopiska optiska egenskaper såsom brytningsindex. De underliggande mikrostrukturella utvecklingsmekanismerna för förtätning inducerad av hög-temperatur, högt-tryck (HPHT) fysisk kompression och femtosekund laser direktskrivning (FLDW) fotoelektrisk excitation förblir dock ofullständigt förstådda. En djupare förståelse för de icke-jämviktiga glasnätverksrekombinationsprocesserna under dessa extrema förhållanden är avgörande för den flexibla designen och utvecklingen av nya optiska fibrer med flera-kärnor, kvantintegrerade chips och avancerade optoelektroniska fusionsenheter.
02
Översikt
Den här studien jämför systematiskt de strukturella fasövergångarna och de optiska svaren inducerade i kvartsglas genom behandling med hög-temperatur och hög-tryck (HPHT), femtosekund laser direktskrivning (FLDW) och en kombination av båda. Studien fann att även om båda metoderna kan uppnå en linjär ökning av brytningsindex och makroskopisk förtätning, finns det grundläggande skillnader i de mikroskopiska omorganisationsvägarna. Den mest avgörande skillnaden ligger i det faktum att glasstrukturen i det laser-bestrålade området utvecklas till ett karakteristiskt hög virtuell temperatur (1600–2000 K) tillstånd under extrema fototermiska effekter, åtföljd av generering av icke-överbryggande syredefekter (NBO) som är nära besläktade med siluminering av kanter, vilket inducerar fotoskärning{8}. (PL) beteende som skiljer sig drastiskt från det som induceras av ren fysisk{10}högtrycksbehandling.
03
Figur- och textanalys
Figur 1 visar hög-trycktoleranskarakteriseringen av en femtosekundlaser-inducerad typ II nanograting i silikaglas, inklusive optisk transmissionsmikroskopi (A–F, M–P) och polarisationsmikroskopi (G–L, Q–T). Fyra hög-temperatur- och högtrycksgradienter på 673 K sattes upp: originalglaset, en kontrollgrupp som endast glödgats och gradienter på 1,4, 2,5, 3,7 och 4,9 GPa. Två processer jämfördes: "först laser, sedan högt tryck" och "först högt tryck, sedan laser." Laserpulsenergin fixerades till 0,8 µJ. Färgsignalerna i polarisationsbilderna representerar formen och dubbelbrytningsintensiteten hos nanogratingen. Resultaten visar att enkel glödgning vid 673 K inte skadar gallret. Nanograteringsstrukturen och dubbelbrytningen bevaras stabilt när trycket är mindre än eller lika med 2,5 GPa. Dubbelbrytning försvagas avsevärt efter att ha ökat till 3,7 GPa, och försvinner helt vid 4,9 GPa, vilket indikerar att över 3,7 GPa... Den höga temperaturen och trycket kommer att kollapsa nanoporerna inuti gittret och förstöra den periodiska densitetsmoduleringsstrukturen. Dessutom är fasfördröjningsändringen av gittret reversibel under de två bearbetningssekvenserna, vilket bekräftar att nanograteringen har hög-raderbara och omkonfigurerbara egenskaper med högt tryck.
04
Sammanfattning
Den här artikeln avslöjar systematiskt likheterna och skillnaderna mellan hög-fysisk kompression och femtosekundlaserskrivning i tätt kvartsglas. Även om båda kan uppnå permanent förtätning och förbättring av brytningsindex, på mikroskopisk nivå, driver den elektromagnetiska-exciterade ultrasnabba lasern på ett unikt sätt utvecklingen av glasnätverket till ett högt virtuellt temperaturtillstånd och inducerar lokalt unika mikroskopiska kristallografiska defekter såsom bindningsbrott, NBO och kant-som delar-tetrahedronprocesser, som saknar högt{4} på RUM (rigid unit mode) deformation. Denna upptäckt klargör inte bara gränserna för topologisk deformation av amorfa nätverk orsakade av olika energiinjektionsmetoder, utan ger också en solid teoretisk grund för framtida design av nya fotoniska enheter och optiska kommunikationskomponenter genom lokal strukturanpassning.
