01
Scriptie Gids
Kwartsglas vertoont diverse structurele configuraties onder variërende temperatuur- en drukomstandigheden, vergezeld van permanente volumeverdichting, wat een aanzienlijke invloed heeft op de macroscopische optische eigenschappen, zoals de brekingsindex. De fundamentele microscopische structurele evolutiemechanismen achter verdichting veroorzaakt door fysieke compressie bij hoge -temperatuur en hoge- druk (HPHT) en femtoseconde laser direct schrijven (FLDW) foto-elektrische excitatie zijn echter nog niet volledig opgehelderd. Een dieper begrip van deze niet-{4}}evenwichts-glasnetwerkherstructureringsprocessen onder extreme omstandigheden is cruciaal voor het flexibele ontwerp en de ontwikkeling van nieuwe multicore-vezels, kwantumgeïntegreerde componenten en geavanceerde opto-elektronische hybride apparaten.
02
volledig tekstoverzicht
In dit onderzoek worden systematisch de structurele faseovergangen en optische reacties vergeleken die worden veroorzaakt door behandeling met hoge-temperatuur hoge- druk (HPHT), femtoseconde laser direct schrijven (FLDW) en hun gecombineerde processen in kwartsglas. De bevindingen laten zien dat hoewel beide methoden een lineaire toename van de brekingsindex en macroscopische verdichting bereiken, ze fundamenteel verschillen in de microscopische herstructureringstrajecten. Het meest kritische onderscheid ligt in het feit dat de glasstructuur in het met laser-bestraalde gebied evolueert naar een karakteristieke toestand van hoge virtuele temperatuur (1600–2000 K) onder extreme fotothermische effecten, vergezeld door het genereren van niet-overbruggende zuurstofdefecten (NBO) die nauw verwant zijn aan rand-het delen van SiO4-tetraëders. Dit leidt tot fotoluminescentiegedrag (PL) dat duidelijk verschilt van het gedrag dat wordt bereikt door eenvoudige fysieke behandeling onder hoge druk.
03
Tekst- en beeldanalyse
Figuur 1 toont de hoge-druktolerantiekarakterisering van silicaglas femtoseconde laser-geïnduceerde Type II nanoroosters, inclusief transmissie-optische microfoto's (A-F, M-P) en polarisatiemicrofoto's (G-L, Q-T). Het originele glas, alleen een uitgegloeide controlegroep, en vier niveaus van 673 K hoge temperatuur- en hogedrukgradiënten van 1,4, 2,5, 3,7 en 4,9 GPa werden opgezet, en de processen werden vergeleken in twee groepen: "laser eerst, hoge druk" en "hoge druk eerst, laser". De laserpulsenergie werd vastgesteld op 0,8 µJ. Het kleursignaal van het polarisatiebeeld vertegenwoordigt de dubbele brekingsintensiteit van het nanorooster. De resultaten laten zien dat eenvoudig gloeien met 673 K het rooster niet beschadigt, en dat de structuur en dubbele breking van het nanorooster stabiel kunnen worden behouden wanneer de druk kleiner is dan of gelijk is aan 2,5 GPa. Na het bereiken van 3,7 GPa wordt de dubbele breking aanzienlijk verminderd, en bij 4,9 GPa wordt de dubbele breking aanzienlijk verminderd. Het volledig verdwijnen van dubbele breking geeft aan dat deze hoger is dan 3,7 GPa. De hoge temperatuur en hoge druk zullen de nanoporiën in het rooster laten instorten, de periodieke dichtheidsmodulatiestructuur vernietigen, en de fasevertragingsverandering van het rooster is omkeerbaar onder beide verwerkingssequenties, wat bevestigt dat het nanorooster het kenmerk heeft van uitwisbare reconstructie onder hoge druk.
Figuur 2 toont de fotoluminescentiespectra van confocale microscopie van silicaglas verkregen met behulp van twee soorten excitatielicht, respectievelijk 325 nm en 532 nm. De verschillen in defectluminescentie werden vergeleken tussen vijf groepen monsters: het originele glas, alleen femtoseconde laser direct schrijven (FLDW), alleen hoge temperatuur en hoge druk (HPHT), hoge druk vóór laser en laser vóór hoge druk; De met FLDW behandelde monsters vertoonden zowel een groene emissiepiek van 530 nm als een rode emissiepiek van 650 nm. Het groene licht was afkomstig van zelfopgesloten excitonen, terwijl het rode licht overeenkwam met geïsoleerde, niet-overbruggende zuurstofdefecten. Bij alle met HPHT behandelde monsters konden echter alleen groene luminescentie en het volledig verdwijnen van de rode lichtpiek worden waargenomen, wat aangeeft dat er een fundamenteel verschil bestaat tussen de typen defecten veroorzaakt door femtosecondelaser en hogedrukmodificatie. Hogedrukbehandeling bevordert de interactie tussen niet-overbruggende zuurstof- en glasnetwerken, waardoor het rode lichtsignaal dat overeenkomt met geïsoleerde niet-overbruggende zuurstof wordt geëlimineerd.
Figuur 3 maakt gebruik van confocale Raman-spectroscopie om de micronetwerkstructuur van hoge temperatuur en hoge druk (HPHT), femtoseconde laser direct schrijven (FLDW) en composietproces-gemodificeerd silicaglas te analyseren. Figuur A toont de volledige Raman-spectra van vier groepen monsters: origineel glas, alleen laser, 4,9 GPa hoge druk en 4,9 GPa hoge druk na laser. De hoofdpiek van Si-O-Si zeshoekige ringbuigtrilling op 440 cm ⁻¹ is het kernanalyseobject; Figuur B toont de variatiecurve van de Raman-hoofdpiekpositie van het HPHT-monster met druk. De hoofdpiek verschuift naar hogere golfgetallen en wordt smaller in bandbreedte bij toenemende druk, wat overeenkomt met een afname van de Si-O-Si-bindingshoek en een meer uniforme bindingshoekverdeling. De rechter verticale as wordt synchroon gekalibreerd met de overeenkomstige virtuele temperatuur; Figuur C vergelijkt de belangrijkste piekverschuiving en equivalente virtuele temperatuur van het originele, 3,7 GPa en 4,9 GPa voorgeperste glas na laserbestraling met verschillende energieën. Laserbestraling zorgt ervoor dat alle monsterstructuren asymptotisch convergeren naar een uniforme virtuele temperatuur van 1600-2000 K. De hoofdpiekverschuiving van laag voorgeperst glas is verzadigd met laserenergie, terwijl de hoofdpiek van 4,9 GPa glas met hoge-dichtheid naar lagere golfgetallen verschuift, wat onthult dat laser kan ontspannen en het hogedrukverdichtingsglasnetwerk kan reguleren. Dit weerspiegelt intuïtief de differentiële regulatiewetten van HPHT- en FLDW-modificatiepaden op de hoek van de siliciumzuurstofbinding en de equivalente virtuele temperatuur.
04
samenvatting
Dit artikel onthult systematisch de overeenkomsten en verschillen tussen fysieke compressie onder hoge- druk en femtoseconde laser direct schrijven in verdicht kwartsglas. Hoewel beide een permanente verdichting en verbetering van de brekingsindex kunnen bereiken, drijft de ultrasnelle laser, geïnduceerd door elektromagnetische excitatie, op microscopisch niveau op unieke wijze het glasnetwerk aan om te evolueren naar een toestand van hoge virtuele temperatuur, en induceert lokaal unieke microscopische kristallografische defecten zoals breuk van bindingen, NBO en gemeenschappelijke randtetraëders, die ontbreken bij hoge- drukverwerking die afhankelijk is van vervorming in de rigide elementmodus (RUM). Deze ontdekking verduidelijkt niet alleen de grenzen van topologische vervorming in amorfe netwerken onder verschillende energie-injectiemethoden, maar biedt ook een solide theoretische basis voor het ontwerpen van nieuwe fotonische apparaten en optische communicatiecomponenten door middel van lokale structuuraanpassing in de toekomst.
