01
Hướng dẫn luận văn
Thủy tinh thạch anh thể hiện các cấu hình cấu trúc đa dạng trong các điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau, kèm theo mật độ thể tích vĩnh viễn, tác động đáng kể đến các tính chất quang học vĩ mô của nó như chỉ số khúc xạ. Tuy nhiên, các cơ chế tiến hóa cấu trúc vi mô cơ bản đằng sau quá trình cô đặc gây ra bởi nén vật lý-nhiệt độ cao và áp suất- cao (HPHT) và sự kích thích quang điện ghi trực tiếp bằng laser femto giây (FLDW) vẫn chưa được làm rõ hoàn toàn. Hiểu biết sâu hơn về các quá trình tái cấu trúc mạng lưới thủy tinh không cân bằng này trong các điều kiện khắc nghiệt là rất quan trọng cho việc thiết kế và phát triển linh hoạt các sợi đa lõi mới, tích hợp lượng tử và thiết bị lai quang điện tử tiên tiến.
02
tổng quan toàn văn
Nghiên cứu này so sánh một cách có hệ thống các quá trình chuyển pha cấu trúc và phản ứng quang học gây ra bởi quá trình xử lý-nhiệt độ cao{1}}áp suất cao (HPHT), ghi trực tiếp bằng laser femto giây (FLDW) và các quá trình kết hợp của chúng trong thủy tinh thạch anh. Các phát hiện cho thấy rằng mặc dù cả hai phương pháp đều đạt được mức tăng tuyến tính về chỉ số khúc xạ và mật độ vĩ mô, nhưng chúng khác nhau về cơ bản trong con đường tái cấu trúc vi mô. Điểm khác biệt quan trọng nhất nằm ở chỗ cấu trúc thủy tinh trong vùng được chiếu xạ-laser phát triển đến trạng thái nhiệt độ ảo cao đặc trưng (1600–2000 K) dưới các hiệu ứng quang nhiệt cực độ, kèm theo việc tạo ra các khiếm khuyết oxy không-cầu nối (NBO) có liên quan chặt chẽ đến việc chia sẻ cạnh- tứ diện SiO4. Điều này dẫn đến hoạt động phát quang (PL) khác biệt rõ rệt so với hoạt động đạt được bằng cách xử lý vật lý{11}áp suất cao đơn giản.
03
Phân tích văn bản và hình ảnh
Hình 1 cho thấy-đặc tính chịu áp suất cao của laser femto giây thủy tinh silica-tạo ra cách tử nano Loại II, bao gồm vi sóng quang truyền qua (A-F, M-P) và vi sóng phân cực (G-L, Q-T). Kính ban đầu, chỉ có nhóm điều khiển được ủ và bốn mức gradient nhiệt độ cao và áp suất cao 673 K là 1,4, 2,5, 3,7 và 4,9 GPa đã được thiết lập và các quy trình được so sánh trong hai nhóm: "laser trước, áp suất cao" và "áp suất cao trước, laser". Năng lượng xung laser được cố định ở mức 0,8 µJ. Tín hiệu màu của ảnh phân cực biểu thị cường độ lưỡng chiết hình dạng của cách tử nano. Kết quả cho thấy quá trình ủ 673 K đơn giản không làm hỏng cách tử, cấu trúc và khả năng lưỡng chiết của cách tử nano có thể được giữ lại ổn định khi áp suất Nhỏ hơn hoặc bằng 2,5 GPa. Sau khi đạt 3,7 GPa, độ lưỡng chiết giảm đáng kể và ở mức 4,9 GPa, độ lưỡng chiết giảm đáng kể. Sự biến mất hoàn toàn của khả năng lưỡng chiết cho thấy nó cao hơn 3,7 GPa. Nhiệt độ cao và áp suất cao sẽ làm sập các lỗ nano bên trong cách tử, phá hủy cấu trúc điều chế mật độ định kỳ và sự thay đổi độ trễ pha của cách tử có thể đảo ngược trong cả hai trình tự xử lý, xác nhận rằng cách tử nano có đặc tính tái tạo có thể xóa được bằng áp suất cao.
Hình 2 thể hiện quang phổ phát quang của kính hiển vi đồng tiêu thủy tinh silic thu được bằng cách sử dụng hai loại ánh sáng kích thích, lần lượt là 325 nm và 532 nm. Sự khác biệt về độ phát quang khuyết tật được so sánh giữa năm nhóm mẫu: kính gốc, chỉ viết trực tiếp bằng laser femto giây (FLDW), chỉ nhiệt độ cao và áp suất cao (HPHT), áp suất cao trước laser và laser trước áp suất cao; Các mẫu được xử lý FLDW thể hiện cả đỉnh phát xạ màu xanh lục ở bước sóng 530 nm và đỉnh phát xạ màu đỏ ở bước sóng 650 nm. Ánh sáng xanh có nguồn gốc từ các chất kích thích tự bẫy, trong khi ánh sáng đỏ tương ứng với các khuyết tật oxy không bắc cầu bị cô lập. Tuy nhiên, tất cả các mẫu được xử lý bằng HPHT chỉ có thể quan sát thấy sự phát quang màu xanh lá cây và sự biến mất hoàn toàn của đỉnh ánh sáng đỏ, cho thấy có sự khác biệt cơ bản giữa các loại khuyết tật gây ra bởi tia laser femto giây và sự biến đổi áp suất-cao. Xử lý bằng áp suất cao thúc đẩy sự tương tác giữa mạng lưới oxy và thủy tinh không bắc cầu, loại bỏ tín hiệu ánh sáng đỏ tương ứng với oxy không bắc cầu bị cô lập.
Hình 3 sử dụng quang phổ Raman đồng tiêu để phân tích cấu trúc mạng vi mô của nhiệt độ cao và áp suất cao (HPHT), ghi trực tiếp bằng laser femtosecond (FLDW) và thủy tinh silica biến tính theo quy trình tổng hợp. Hình A cho thấy phổ Raman hoàn chỉnh của bốn nhóm mẫu: thủy tinh nguyên bản, chỉ laser, áp suất cao 4,9 GPa và áp suất cao 4,9 GPa sau laser. Đỉnh chính của dao động uốn vòng lục giác Si-O{6}}Si ở 440 cm ⁻¹ là đối tượng phân tích lõi; Hình B thể hiện đường cong biến thiên vị trí đỉnh chính Raman của mẫu HPHT có áp suất. Đỉnh chính dịch chuyển về phía số sóng cao hơn và thu hẹp băng thông khi áp suất ngày càng tăng, tương ứng với việc giảm góc liên kết Si-O{10}}Si và phân bố góc liên kết đồng đều hơn. Trục dọc bên phải được hiệu chỉnh đồng bộ với nhiệt độ ảo tương ứng; Hình C so sánh độ dịch chuyển cực đại chính và nhiệt độ ảo tương đương của kính ép trước ban đầu, 3,7 GPa và 4,9 GPa sau khi chiếu xạ laser ở các năng lượng khác nhau. Sự chiếu xạ laze làm cho tất cả các cấu trúc mẫu hội tụ tiệm cận đến nhiệt độ ảo đồng nhất là 1600-2000 K. Sự dịch chuyển đỉnh chính của kính ép trước thấp sẽ bão hòa năng lượng laser, trong khi đỉnh chính của kính mật độ cao-4,9 GPa dịch chuyển về phía số sóng thấp hơn, cho thấy rằng tia laze có thể làm giãn và điều chỉnh mạng lưới kính đậm đặc áp suất cao. Điều này phản ánh trực quan các quy luật điều chỉnh vi sai của các đường sửa đổi HPHT và FLDW trên góc liên kết oxy silicon và nhiệt độ ảo tương đương.
04
bản tóm tắt
Bài viết này tiết lộ một cách có hệ thống những điểm tương đồng và khác biệt giữa nén vật lý áp suất cao{0}} và ghi trực tiếp bằng laser femto giây trong thủy tinh thạch anh đặc. Mặc dù cả hai đều có thể đạt được mật độ vĩnh viễn và tăng cường chỉ số khúc xạ, ở cấp độ vi mô, tia laser cực nhanh được tạo ra bởi sự kích thích điện từ sẽ thúc đẩy mạng thủy tinh phát triển theo hướng trạng thái nhiệt độ ảo cao và gây ra cục bộ các khuyết tật tinh thể vi mô độc đáo như đứt gãy liên kết, NBO và tứ diện cạnh chung vốn bị thiếu trong quá trình xử lý áp suất cao{2}} dựa trên biến dạng chế độ phần tử cứng (RUM). Khám phá này không chỉ làm rõ ranh giới biến dạng tôpô trong các mạng vô định hình theo các phương pháp phun năng lượng khác nhau mà còn cung cấp cơ sở lý thuyết vững chắc để thiết kế các thiết bị quang tử mới và các thành phần truyền thông quang học thông qua việc tùy chỉnh cấu trúc cục bộ trong tương lai.
