01
Sprievodca diplomovou prácou
Kremenné sklo vykazuje rôzne štrukturálne konfigurácie pri meniacich sa teplotných a tlakových podmienkach, sprevádzané trvalým objemovým zahusťovaním, čo výrazne ovplyvňuje jeho makroskopické optické vlastnosti, ako je index lomu. Základné mechanizmy mikroskopickej štrukturálnej evolúcie za zhusťovaním vyvolaným vysokou-teplotou a vysokým{2}}tlakom (HPHT) fyzickou kompresiou a fotoelektrickou excitáciou femtosekundového laserového priameho zápisu (FLDW) však ešte neboli úplne objasnené. Hlbšie pochopenie týchto nerovnovážnych procesov reštrukturalizácie sklenených sietí v extrémnych podmienkach je kľúčové pre flexibilný dizajn a vývoj nových viacjadrových vlákien, kvantových integrácií a pokročilých optoelektronických hybridných zariadení.
02
úplný textový prehľad
Táto štúdia systematicky porovnáva štrukturálne fázové prechody a optické odozvy vyvolané vysoko{0}}vysokoteplotným{1}}tlakom (HPHT), priamym písaním femtosekundovým laserom (FLDW) a ich kombinovanými procesmi v kremennom skle. Zistenia ukazujú, že zatiaľ čo obe metódy dosahujú lineárne zvýšenie indexu lomu a makroskopickej hustoty, zásadne sa líšia v mikroskopických reštrukturalizačných dráhach. Najkritickejší rozdiel spočíva v tom, že sklenená štruktúra v laserom-ožiarenej oblasti sa vyvíja do charakteristického stavu vysokej virtuálnej teploty (1600 – 2000 K) pri extrémnych fototermálnych účinkoch, sprevádzaných vytváraním defektov -premosťujúceho kyslíka (NBO) úzko súvisiacich s hranou-zdieľanými tetraédrami SiO4. To vedie k správaniu fotoluminiscencie (PL), ktoré je výrazne odlišné od správania dosiahnutého jednoduchým-fyzikálnym spracovaním pod vysokým tlakom.
03
Analýza textu a obrazu
Obrázok 1 znázorňuje charakteristiku vysoko-tlakovej tolerancie nanomriežok typu II indukovaných kremičitým sklom femtosekundovým laserom-, vrátane transmisných optických mikrografov (A-F, M-P) a polarizačných mikrosnímok (G-L, Q-T). Bola nastavená pôvodná sklenená, iba žíhaná kontrolná skupina a štyri úrovne 673 K vysokoteplotných a vysokotlakových gradientov 1,4, 2,5, 3,7 a 4,9 GPa a procesy sa porovnávali v dvoch skupinách: „najskôr laser, vysoký tlak“ a „najskôr vysoký tlak, laser“. Energia laserového pulzu bola fixovaná na 0,8 µJ. Farebný signál polarizačného obrazu predstavuje intenzitu tvarového dvojlomu nanomriežky. Výsledky ukazujú, že jednoduché žíhanie 673 K nepoškodí mriežku a štruktúra a dvojlom nanomriežky môžu byť stabilne zachované, keď je tlak menší alebo rovný 2,5 GPa. Po dosiahnutí 3,7 GPa sa výrazne zníži dvojlom a pri 4,9 GPa sa výrazne zníži dvojlom. Úplné vymiznutie dvojlomu naznačuje, že je vyšší ako 3,7 GPa Vysoká teplota a vysoký tlak zrútia nano póry vo vnútri mriežky, zničia štruktúru periodickej modulácie hustoty a zmena fázového oneskorenia mriežky je vratná v oboch postupnostiach spracovania, čo potvrdzuje, že nano mriežka má charakteristiku vymazateľnej rekonštrukcie vysokým tlakom.
Obrázok 2 ukazuje fotoluminiscenčné spektrá konfokálnej mikroskopie z kremičitého skla získané použitím dvoch typov excitačného svetla, 325 nm a 532 nm. Rozdiely v luminiscencii defektov sa porovnávali medzi piatimi skupinami vzoriek: pôvodné sklo, iba priame písanie femtosekundovým laserom (FLDW), len vysoká teplota a vysoký tlak (HPHT), vysoký tlak pred laserom a laser pred vysokým tlakom; Vzorky ošetrené FLDW vykazovali ako 530 nm zelený emisný pík, tak 650 nm červený emisný pík. Zelené svetlo pochádzalo zo samozachytených excitónov, zatiaľ čo červené svetlo zodpovedalo izolovaným nepremosťujúcim defektom kyslíka. Všetky vzorky ošetrené HPHT však mohli pozorovať iba zelenú luminiscenciu a úplné vymiznutie vrcholu červeného svetla, čo naznačuje, že existuje zásadný rozdiel medzi typmi defektov vyvolaných femtosekundovým laserom a modifikáciou vysokého tlaku. Vysokotlakové ošetrenie podporuje interakciu medzi nepremosťujúcim kyslíkom a sklenenými sieťami, čím sa eliminuje signál červeného svetla zodpovedajúci izolovanému nepremosťujúcemu kyslíku.
Obrázok 3 používa konfokálnu Ramanovu spektroskopiu na analýzu mikrosieťovej štruktúry vysokoteplotného a vysokotlakového (HPHT), priameho zápisu femtosekundovým laserom (FLDW) a kompozitného procesu modifikovaného kremičitého skla. Obrázok A ukazuje kompletné Ramanove spektrá štyroch skupín vzoriek: pôvodné sklo, len laser, 4,9 GPa vysoký tlak a 4,9 GPa vysoký tlak po laseri. Hlavný vrchol ohybovej ohybovej vibrácie Si-O-Si pri 440 cm ⁻¹ je hlavným predmetom analýzy; Obrázok B ukazuje krivku variácie polohy hlavného Ramanovho piku vzorky HPHT s tlakom. Hlavný vrchol sa posúva smerom k vyšším vlnovým číslam a zužuje sa v šírke pásma so zvyšujúcim sa tlakom, čo zodpovedá zníženiu uhla väzby Si-O-Si a rovnomernejšej distribúcii uhla väzby. Pravá vertikálna os je synchronizovane kalibrovaná so zodpovedajúcou virtuálnou teplotou; Obrázok C porovnáva hlavný vrcholový posun a ekvivalentnú virtuálnu teplotu pôvodného predlisovaného skla 3,7 GPa a 4,9 GPa po laserovom ožiarení pri rôznych energiách. Laserové ožarovanie spôsobuje, že všetky štruktúry vzorky asymptoticky konvergujú k jednotnej virtuálnej teplote 1600-2000 K. Hlavný vrcholový posun nízko predlisovaného skla sa nasýti laserovou energiou, zatiaľ čo hlavný vrchol 4,9 GPa vysokej{19}}hustoty skla sa posúva smerom k nižším vlnovým číslam, čo odhaľuje, že vysokotlakové sklo môže relaxovať a regulovať hustotu skla. To intuitívne odráža zákony diferenciálnej regulácie dráh modifikácie HPHT a FLDW na uhle väzby kremíka a kyslíka a ekvivalentnej virtuálnej teplote.
04
zhrnutie
Tento článok systematicky odhaľuje podobnosti a rozdiely medzi-vysokotlakovou fyzickou kompresiou a priamym zápisom femtosekundovým laserom do zhusteného kremenného skla. Hoci obidva môžu dosiahnuť trvalé zahustenie a zvýšenie indexu lomu, na mikroskopickej úrovni ultrarýchly laser indukovaný elektromagnetickou excitáciou jedinečne poháňa sklenenú sieť, aby sa vyvinula smerom k stavu vysokej virtuálnej teploty, a lokálne indukuje jedinečné mikroskopické kryštalografické defekty, ako je prerušenie väzby, NBO a štvorsteny so spoločným okrajom, ktoré chýbajú pri vysokom -režime spracovania RU) deformácia prvku M pri tvrdom tlaku. Tento objav nielenže objasňuje hranice topologickej deformácie v amorfných sieťach pri rôznych metódach vstrekovania energie, ale poskytuje aj solídny teoretický základ pre navrhovanie nových fotonických zariadení a komponentov optickej komunikácie prostredníctvom prispôsobenia miestnej štruktúry v budúcnosti.
