01
Довідник до дипломної роботи
Кварцове скло демонструє різноманітні структурні конфігурації за різних умов температури та тиску, що супроводжується постійним об’ємним ущільненням, що значно впливає на його макроскопічні оптичні властивості, такі як показник заломлення. Проте фундаментальні механізми мікроскопічної структурної еволюції, що лежать в основі ущільнення, спричиненого фізичним стисненням при високій-температурі та високому{2}}тиску (HPHT) і фемтосекундним лазерним прямим записом (FLDW) фотоелектричним збудженням, ще не повністю з’ясовано. Глибше розуміння цих не-процесів реструктуризації нерівноважної скляної мережі в екстремальних умовах має вирішальне значення для гнучкого проектування та розробки нових багатоядерних волокон, квантових інтегрованих пристроїв і вдосконалених оптоелектронних гібридних пристроїв.
02
повний огляд тексту
У цьому дослідженні систематично порівнюються структурні фазові переходи та оптичні відгуки, спричинені високо-температурою-обробкою під високим тиском (HPHT), фемтосекундним лазерним прямим записом (FLDW) і їхніми комбінованими процесами в кварцовому склі. Результати показують, що хоча обидва методи досягають лінійного збільшення показника заломлення та макроскопічного ущільнення, вони принципово відрізняються шляхами мікроскопічної реструктуризації. Найважливіша відмінність полягає в тому, що структура скла в області, опроміненій лазером-еволюціонує до характерного стану високої віртуальної температури (1600–2000 К) під екстремальними фототермічними ефектами, що супроводжується генерацією не-мостикових кисневих (NBO) дефектів, тісно пов’язаних із-тетраедрами SiO4 зі спільними краями. Це призводить до фотолюмінесценції (ФЛ), яка помітно відрізняється від тієї, що досягається простою фізичною обробкою під високим{11}}тиском.
03
Аналіз тексту та зображення
На малюнку 1 показано характеристику стійкості до високого-тиску нанограток типу ІІ, індукованих фемтосекундним лазером із кремнеземного скла-, включно з пропускними оптичними мікрофотографіями (A-F, M-P) і поляризаційними мікрофотографіями (G-L, Q-T). Було встановлено вихідне скло, лише відпалене контрольну групу та чотири рівні градієнтів високої температури та високого тиску 673 К 1,4, 2,5, 3,7 та 4,9 ГПа, і процеси порівнювали у двох групах: «спочатку лазер, високий тиск» і «спочатку високий тиск, лазер». Енергія лазерного імпульсу була зафіксована на рівні 0,8 мкДж. Кольоровий сигнал поляризаційного зображення представляє інтенсивність подвійного променезаломлення форми наногратки. Результати показують, що простий відпал при 673 К не пошкоджує решітку, а структура та подвійне променезаломлення наногратки можуть стабільно зберігатися, коли тиск менше або дорівнює 2,5 ГПа. Після досягнення 3,7 ГПа подвійне променезаломлення значно зменшується, а при 4,9 ГПа подвійне променезаломлення значно знижується. Повне зникнення подвійного променезаломлення вказує на те, що воно перевищує 3,7 ГПа. Висока температура та високий тиск згортатимуть нанопори всередині решітки, руйнуватимуть структуру періодичної модуляції щільності, а зміна фазової затримки решітки є оборотною в обох послідовностях обробки, підтверджуючи, що наноґратка має характеристику стираної реконструкції під високим тиском.
На рисунку 2 показано спектри фотолюмінесценції конфокальної мікроскопії з кремнеземного скла, отримані з використанням двох типів збуджуючого світла, 325 нм і 532 нм відповідно. Відмінності у дефектній люмінесценції порівнювали між п’ятьма групами зразків: вихідне скло, лише фемтосекундний лазерний прямий запис (FLDW), лише висока температура та високий тиск (HPHT), високий тиск до лазера та лазер до високого тиску; Зразки, оброблені FLDW, демонстрували як пік зеленого випромінювання 530 нм, так і пік червоного випромінювання 650 нм. Зелене світло походить від автозахоплених екситонів, тоді як червоне світло відповідає ізольованим дефектам кисню, які не утворюють міст. Однак у всіх зразках, оброблених HPHT, можна було спостерігати лише зелене світіння та повне зникнення піку червоного світла, що вказує на те, що існує фундаментальна різниця між типами дефектів, викликаних фемтосекундним лазером і модифікацією під високим-тиском. Обробка під високим тиском сприяє взаємодії між безмістковим киснем і скляними мережами, усуваючи сигнал червоного світла, що відповідає ізольованому безмістковому кисню.
На малюнку 3 використовується конфокальна раманівська спектроскопія для аналізу мікромережевої структури високотемпературного та високого тиску (HPHT), фемтосекундного лазерного прямого запису (FLDW) і композитного модифікованого кварцевого скла. На малюнку A показано повні спектри комбінаційного розсіювання чотирьох груп зразків: оригінальне скло, лише лазер, високий тиск 4,9 ГПа та високий тиск 4,9 ГПа після лазера. Основний пік гексагональної кільцевої вібрації Si-O-Si при 440 см ⁻¹ є основним об’єктом аналізу; На малюнку B показано криву зміни положення основного піку комбінаційного розсіювання зразка HPHT від тиску. Основний пік зміщується в бік вищих хвильових чисел і звужується в ширині смуги з підвищенням тиску, що відповідає зменшенню зв’язувального кута Si-O-Si та більш рівномірному розподілу зв’язувального кута. Права вертикальна вісь синхронно калібрується відповідною віртуальною температурою; На малюнку C порівнюється основний піковий зсув та еквівалентна віртуальна температура вихідного, попередньо спресованого скла 3,7 ГПа та 4,9 ГПа після лазерного опромінення при різних енергіях. Лазерне опромінення спричиняє асимптотичну конвергенцію всіх структур зразка до рівномірної віртуальної температури 1600-2000 К. Основний пік зсуву низькопресованого скла насичує енергією лазера, тоді як головний пік скла з високою{19}}щільністю 4,9 ГПа зміщується в бік нижчих хвильових чисел, показуючи, що лазер може розслабляти та регулювати сітку щільного скла під високим тиском. Це інтуїтивно відображає диференціальні закони регулювання шляхів модифікації HPHT і FLDW на кут зв’язку кремнію з киснем і еквівалентну віртуальну температуру.
04
резюме
У цій статті систематично висвітлено схожість і відмінності між фізичним-стисненням під високим тиском і фемтосекундним лазерним прямим записом у щільному кварцовому склі. Хоча обидва можуть досягти постійного ущільнення та підвищення показника заломлення, на мікроскопічному рівні надшвидкий лазер, індукований електромагнітним збудженням, унікальним чином спонукає мережу скла розвиватися до високотемпературного стану та локально індукує унікальні мікроскопічні кристалографічні дефекти, такі як розрив зв’язку, NBO та тетраедри зі загальними краями, які відсутні при обробці під високим-тиском, що покладається на режим жорстких елементів (РУМ) деформація. Це відкриття не тільки прояснює межі топологічної деформації в аморфних мережах за різних методів інжекції енергії, але також забезпечує міцну теоретичну основу для розробки нових фотонних пристроїв і компонентів оптичного зв’язку за допомогою локальної настройки структури в майбутньому.
