01
Tez Kılavuzu
Kuvars camı, değişen sıcaklık ve basınç koşulları altında çeşitli yapısal konfigürasyonlar sergiler ve buna kalıcı hacim yoğunlaşması eşlik eder, bu da kırılma indisi gibi makroskopik optik özelliklerini önemli ölçüde etkiler. Bununla birlikte, yüksek-sıcaklık ve yüksek-basınç (HPHT) fiziksel sıkıştırma ve femtosaniye lazer doğrudan yazma (FLDW) fotoelektrik uyarılmasının neden olduğu yoğunlaşmanın ardındaki temel mikroskobik yapısal evrim mekanizmaları henüz tam olarak açıklanmamıştır. Aşırı koşullar altında bu denge dışı cam ağ yeniden yapılandırma süreçlerinin daha derinlemesine anlaşılması, yeni çok çekirdekli fiberlerin, kuantum entegrelerin ve gelişmiş optoelektronik hibrit cihazların esnek tasarımı ve geliştirilmesi için çok önemlidir.
02
tam metne genel bakış
Bu çalışma, yüksek-sıcaklık, yüksek-basınç (HPHT) işlemi, femtosaniye lazer doğrudan yazma (FLDW) ve bunların kuvars camdaki birleşik işlemlerinin neden olduğu yapısal faz geçişlerini ve optik tepkileri sistematik olarak karşılaştırır. Bulgular, her iki yöntemin de kırılma indisi ve makroskopik yoğunlaşmada doğrusal artışlar elde ederken, mikroskobik yeniden yapılandırma yollarında temel olarak farklı olduklarını ortaya koyuyor. En kritik ayrım, lazer-ışınlanmış bölgedeki cam yapısının aşırı fototermal etkiler altında karakteristik bir yüksek sanal sıcaklık (1600–2000 K) durumuna evrimleşmesi ve buna kenar-SiO4 tetrahedra paylaşımıyla yakından ilişkili köprü kurmayan oksijen (NBO) kusurlarının oluşmasının eşlik etmesi gerçeğinde yatmaktadır. Bu, basit yüksek{11}}basınçlı fiziksel tedaviyle elde edilenden belirgin şekilde farklı olan fotolüminesans (PL) davranışına yol açar.
03
Metin ve görüntü analizi
Şekil 1, transmisyon optik mikrografları (A-F, M{-P) ve polarizasyon mikrografları (G-L, Q{-T) dahil olmak üzere, silika cam femtosaniye lazer-indüklü Tip II nanogratelerin yüksek-basınç toleransı karakterizasyonunu göstermektedir. Orijinal cam, sadece tavlanmış kontrol grubu ve 1,4, 2,5, 3,7 ve 4,9 GPa'lık dört seviyeli 673 K yüksek sıcaklık ve yüksek basınç gradyanı kuruldu ve işlemler iki grupta karşılaştırıldı: "önce lazer, yüksek basınç" ve "önce yüksek basınç, lazer". Lazer darbe enerjisi 0,8 µ J'de sabitlendi. Polarizasyon görüntüsünün renk sinyali, nanogratlamanın şekil çift kırılma yoğunluğunu temsil eder. Sonuçlar, basit 673 K tavlamanın ızgaraya zarar vermediğini ve basınç 2,5 GPa'ya eşit veya daha az olduğunda nano ızgaranın yapısının ve çift kırılmasının stabil bir şekilde muhafaza edilebileceğini göstermektedir. 3,7 GPa'ya ulaştıktan sonra çift kırılma önemli ölçüde azalır ve 4,9 GPa'da çift kırılma önemli ölçüde azalır. Çift kırılmanın tamamen ortadan kalkması, bunun 3,7 GPa'dan yüksek olduğunu gösterir. Yüksek sıcaklık ve yüksek basınç, ızgara içindeki nano gözenekleri çökertecek, periyodik yoğunluk modülasyon yapısını tahrip edecek ve ızgaranın faz gecikmesi değişimi, her iki işlem dizisi altında da tersine çevrilebilir; bu, nano ızgaranın, yüksek basınçlı silinebilir yeniden yapılandırma özelliğine sahip olduğunu doğrular.
Şekil 2, sırasıyla 325 nm ve 532 nm olmak üzere iki tür uyarma ışığı kullanılarak elde edilen silika cam konfokal mikroskopisinin fotolüminesans spektrumlarını göstermektedir. Kusurlu parlaklıktaki farklılıklar beş numune grubu arasında karşılaştırıldı: orijinal cam, yalnızca femtosaniye lazerle doğrudan yazma (FLDW), yalnızca yüksek sıcaklık ve yüksek basınç (HPHT), lazerden önce yüksek basınç ve yüksek basınçtan önce lazer; FLDW ile muamele edilmiş numuneler, hem 530 nm'lik bir yeşil emisyon zirvesi hem de 650 nm'lik bir kırmızı emisyon zirvesi sergiledi. Yeşil ışık kendi kendine hapsolmuş eksitonlardan kaynaklanırken, kırmızı ışık izole edilmiş köprü kurmayan oksijen kusurlarına karşılık geliyordu. Bununla birlikte, HPHT ile muamele edilen tüm numuneler yalnızca yeşil ışıldamayı ve kırmızı ışık zirvesinin tamamen kaybolmasını gözlemleyebildi; bu, femtosaniye lazer ile yüksek-basınç modifikasyonunun neden olduğu kusur türleri arasında temel bir fark olduğunu gösterir. Yüksek basınç işlemi, köprü oluşturmayan oksijen ve cam ağlar arasındaki etkileşimi teşvik ederek izole edilmiş köprü oluşturmayan oksijene karşılık gelen kırmızı ışık sinyalini ortadan kaldırır.
Şekil 3, yüksek sıcaklık ve yüksek basıncın (HPHT), femtosaniye lazer doğrudan yazmanın (FLDW) ve kompozit işlemle değiştirilmiş silika camının mikro ağ yapısını analiz etmek için eş odaklı Raman spektroskopisini kullanır. Şekil A, dört numune grubunun tam Raman spektrumunu göstermektedir: orijinal cam, yalnızca lazer, 4,9 GPa yüksek basınç ve lazer sonrası 4,9 GPa yüksek basınç. Si-O-Si altıgen halka bükülme titreşiminin 440 cm ⁻¹'deki ana zirvesi çekirdek analiz nesnesidir; Şekil B, HPHT örneğinin Raman ana tepe konumunun basınçla değişim eğrisini gösterir. Ana tepe noktası, artan basınçla birlikte daha yüksek dalga sayılarına doğru kayar ve bant genişliği daralır; bu, Si-O-Si bağ açısının azalmasına ve daha düzgün bir bağ açısı dağılımına karşılık gelir. Sağ dikey eksen, karşılık gelen sanal sıcaklıkla eşzamanlı olarak kalibre edilir; Şekil C, orijinal 3,7 GPa ve 4,9 GPa önceden preslenmiş camın, farklı enerjilerde lazer ışınlamasından sonra ana tepe kaymasını ve eşdeğer sanal sıcaklığını karşılaştırır. Lazer ışınımı, tüm örnek yapıların asimptotik olarak 1600-2000 K'lık tekdüze bir sanal sıcaklığa yakınlaşmasına neden olur. Düşük ön preslenmiş camın ana tepe kayması lazer enerjisiyle doyurulurken, 4,9 GPa yüksek-yoğunluklu camın ana tepe noktası daha düşük dalga sayılarına doğru kayarak lazerin yüksek basınçlı yoğunlaştırma cam ağını gevşetebildiğini ve düzenleyebildiğini ortaya çıkarır. Bu, silikon oksijen bağ açısı ve eşdeğer sanal sıcaklık üzerindeki HPHT ve FLDW modifikasyon yollarının diferansiyel düzenleme yasalarını sezgisel olarak yansıtır.
04
özet
Bu makale, yüksek-basınçlı fiziksel sıkıştırma ile yoğunlaştırılmış kuvars camına femtosaniye lazerle doğrudan yazma arasındaki benzerlikleri ve farklılıkları sistematik olarak ortaya koymaktadır. Her ikisi de mikroskobik düzeyde kalıcı yoğunlaşma ve kırılma indisi iyileştirmesi sağlayabilse de, elektromanyetik uyarımla indüklenen ultra hızlı lazer, cam ağını yüksek bir sanal sıcaklık durumuna doğru gelişmeye benzersiz bir şekilde yönlendirir ve yerel olarak bağ kırılması, NBO ve katı eleman modu (RUM) deformasyonuna dayanan yüksek-basınçlı işlemede eksik olan ortak kenar tetrahedra gibi benzersiz mikroskobik kristalografik kusurları tetikler. Bu keşif, yalnızca farklı enerji enjeksiyon yöntemleri altında amorf ağlarda topolojik deformasyonun sınırlarını açıklığa kavuşturmakla kalmıyor, aynı zamanda gelecekte yerel yapı özelleştirmesi yoluyla yeni fotonik cihazların ve optik iletişim bileşenlerinin tasarlanması için sağlam bir teorik temel sağlıyor.
