收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

飞秒激光在透明介质中诱导光子学微结构

戴晔  
【摘要】: 光子学是当今一个飞速发展的学科领域,它主要研究作为信息和能量载体的光子行为及其应用。使用光子作为信息载体,其信息容量比电子相比要大出3-4个量级,并且具有极快的响应能力和良好的空间相容性,因此开拓新的思路和技术对发展光子学具有十分重要的现实意义,并能促进材料科学、物理和信息等多个学科的发展。特别是近年来,利用飞秒激光在材料中写入功能化的光子学微结构得到越来越多的关注。飞秒激光由于具有超短的脉冲宽度和极高的脉冲峰值功率,使得其与材料的相互作用主要是非线性过程占主导,并且这种非线性过程有着阈值场强的限制,因而飞秒激光在材料中能够空间选择性的诱导各种微结构。 本文就1kHz和250kHz两种不同脉冲频率的飞秒激光在多种透明介质中诱导光子学微结构等方面展开系统的研究,并取得具有创新性的成果。研究的内容包括发现玻璃中掺杂的Ce~(3+)会影响飞秒激光诱导的银纳米颗粒的沉积、飞秒激光在Ag~+掺杂的硅酸盐玻璃中诱导出具有荧光特性的银纳米颗粒、飞秒激光在玻璃和晶体等透明介质中诱导自组装周期孔洞结构以及飞秒激光在玻璃内部诱导出非线性光学晶体等几个领域。 1.通过分析样品辐照前后及不同热处理温度的吸收光谱,发现在Ag~+-Ce~(3+)高浓度共掺杂的硅酸盐玻璃中,Ce~(3+)在飞秒激光辐照下会通过多光子电离等非线性效应释放一个自由电子,该自由电子能同玻璃基体桥氧键断裂释放的自由电子一同还原Ag~+转变为Ag_0,因此掺杂了Ce~(3+)的玻璃在辐照参数相同的条件下,银纳米颗粒生长的速度快于未掺杂Ce~(3+)的玻璃。在较高温度的热处理下,已经氧化的Ce~(4+)又会被还原成Ce~(3+),从而消耗银原子,影响银纳米颗粒的生长。研究表明,在硅酸盐玻璃中高浓度掺杂的Ce~(3+)会影响飞秒激光诱导的银纳米颗粒的沉积。 2.利用飞秒激光诱导和热处理相结合,在Ag~+掺杂的硅酸盐玻璃内部,成功地诱导出了具有荧光特性的银纳米颗粒。通过吸收和荧光光谱的分析,这种荧光银纳米颗粒来源于局域形成的高浓度Ag_n~(m+)离子原子混合体。这种混合体所发射的荧光波长会随着激发波长的增加而出现红移现象,这一特征非常相似于半导体量子点的光致发光特性。这些荧光银纳米颗粒有很好的稳定性,在室温条件下放置6个月,没有出现明显的变化。 3.研究了飞秒激光在玻璃和晶体等透明介质中诱导自组装周期孔洞微结构的物理现象,并对这个结构的形成提出了机理解释。实验结果显示这种孔洞的周期和尺寸能随着激光辐照参数的变化而变化,这种结构来源于克尔自聚焦和等离子体自散焦共同作用形成的多次重复聚焦效应,在每个聚焦点由微爆炸而形成孔洞。研究还表明,空气和介质的折射率失配引起的界面球差效应也会对这种孔洞微结构产生影响。 4.首次在Ba_2 TiSi_2O_8系列玻璃内部空间选择性地诱导出了非线性光学晶体。研究表明,具有与非线性晶体相似组分的玻璃,如Ba_2TiSi_2O_8、Sr_2TiSi_2O_8和Ba_2TiGe_2O_8,在250kHz高重复频率飞秒激光辐照下都能诱导出非线性晶体,这些晶体展示了十分优异的光学倍频性质。这些晶体形成的主要原因是高重复频率的飞秒激光辐照进玻璃后由于多光子效应形成等离子体强烈地吸收激光能量,从而在焦点区域形成热积累效应,随着温度的不断升高,玻璃便会逐渐转化为晶体。此外,玻璃中还可以掺杂不同的稀土离子,利用入射激光诱导出的晶体发出的倍频光激发这些稀土离子可以得到特定波长的激发光,这项技术能应用于多色显示,三维存储等领域。 飞秒激光在透明介质中诱导光子学微结构这一研究领域将超快光学、材料科学以及激光光谱学结合起来,是一个多学科交叉的新兴领域。特别是国际上对飞秒激光加工光子学微结构的研究时间还比较短,研究还不够深入,缺乏系统性。开展这方面的研究一方面可以推进更新的有源或无源光子学器件的发展,另一方面可以利用飞秒激光的特性发掘材料的新功能,发现更多在普通条件下无法观察到的新奇的物理现象,促进非线性光学以及相关研究的发展。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 龚旗煌,杨宏,张铁桥,王树峰,秦元东;飞秒激光及超快光谱技术[J];量子电子学报;1998年06期
2 李承德,王丹翎,罗乐,杨宏,龚旗煌;飞秒激光在三维微细体系中的应用[J];物理;2000年12期
3 赵全忠,邱建荣,姜雄伟,赵崇军,朱从善;飞秒激光诱导金属功能微结构的机理与应用[J];激光与光电子学进展;2004年06期
4 朱江峰;魏志义;;飞秒激光精密微纳加工的研究进展[J];物理;2006年08期
5 刘立鹏,周明,戴起勋,潘传鹏,蔡兰;飞秒激光三维微细加工技术[J];光电工程;2005年04期
6 刘华刚;胡明列;刘博文;宋有建;柴路;王清月;;2.14W高重复频率261nm紫外飞秒激光源[J];中国激光;2009年08期
7 权艳梅;科学家利用飞秒激光成功观测电子运动[J];西安石油学院学报(自然科学版);2002年06期
8 ;激光生物学[J];中国光学与应用光学文摘;2008年03期
9 张东石;陈烽;刘贺炜;王先华;杜凯;司金海;侯洵;;基于BMP图像边缘跟踪的飞秒激光微加工技术研究[J];科学通报;2009年17期
10 ;精微世界里的能工巧匠[J];光机电信息;2008年05期
11 魏志义,冯宝华,张秀兰,张杰;超宽光谱飞秒激光脉冲的产生研究[J];量子电子学报;1998年06期
12 李焱,蒋红兵,杨宏,龚旗煌;透明材料飞秒激光三维微制备[J];量子电子学报;2004年02期
13 贾威,王清月,傅星,胡小唐;飞秒激光在材料微加工中的应用[J];量子电子学报;2004年02期
14 巫殷忠;王清月;贾威;胡明列;柴路;;飞秒激光在光敏玻璃内制作微孔[J];光子学报;2008年07期
15 王大威,刘婷婷,杨宏,蒋红兵,龚旗煌;介质的非均匀性对高次谐波影响的研究[J];物理学报;2002年09期
16 车会生;飞秒激光及其应用[J];激光与光电子学进展;2003年08期
17 王清月,张伟力,王勇,柴路,邢岐荣;飞秒激光啁啾脉冲放大过程中的放大自发辐射及其抑制[J];中国科学A辑;2000年05期
18 宋云夺;飞秒激光的应用[J];光机电信息;2004年12期
19 刘美红;飞秒激光微结构硅表面处理在光电子领域的新应用[J];激光与光电子学进展;2004年07期
20 刘运全,张杰,李玉同,张军,邱阳;时间分辨电子显微镜的可行性研究[J];物理;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 龚伟;王波;祁宁;麦亦勇;刘黎明;;超支化聚合物微结构的正电子研究[A];第九届全国正电子谱学会议论文集[C];2005年
2 陈嘉鸥;卢承祖;郭素杰;叶斌;;软土微结构SEM样品的制备技术[A];新世纪岩石力学与工程的开拓和发展——中国岩石力学与工程学会第六次学术大会论文集[C];2000年
3 李枚;商顺昌;;微结构加速度开关动态特性参数研究[A];中国惯性技术学会光电技术专业委员会第四次学术交流会暨重庆惯性技术学会第八次学术交流会论文集[C];2000年
4 姚应红;孔向阳;戴嘉维;李戈扬;;Ti-Si-N纳米薄膜的微结构及力学性能研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
5 周呈文;王常勇;Descamps Michel;卢建熙;;磷酸钙多孔生物陶瓷作为组织工程支架的应用研究[A];第九届全国生物材料学术会议(CBMS-9)论文集[C];2002年
6 李冬梅;陈菁菁;潘峰;;镍过镀层对高频声表面波器件微结构与性能的影响[A];TFC’03全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2003年
7 周严;王博文;李淑英;黄文美;曹淑英;;Fe_(100-x)(Ga_(0.75)Al_(0.25))_x(21.2≤x≤26.8)合金的结构与磁性[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(3)[C];2007年
8 张昭;郑昌琼;彭少方;;磷酸钙骨水泥的制备和凝固性能的研究[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
9 龚静;王晓容;阮琳;田明义;;灰白蚕蛾核型多角体病毒的初步研究[A];科技创新与绿色植保——中国植物保护学会2006学术年会论文集[C];2006年
10 褚宁杰;王新庆;李良;金顶峰;孙丽娜;金红晓;卢琴;汤铨;刘亚丕;葛洪良;;Fe/Al_2O_3催化剂对纳米碳管制备及结构的影响[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 戴晔;飞秒激光在透明介质中诱导光子学微结构[D];上海大学;2008年
2 王文君;飞秒激光金属加工中的形状及形貌控制研究[D];西安交通大学;2008年
3 李杨;季节冻土水分迁移模型研究[D];吉林大学;2008年
4 范协诚;MRAlO_4(M=Sr,Ca;R=La,Nd,Sm,Y)微波介质陶瓷的基础问题及其改性[D];浙江大学;2008年
5 赵媛;飞秒激光刺激诱导星形胶质细胞钙信号及其通信研究[D];华中科技大学;2012年
6 冉玲苓;飞秒激光制备微结构及在粒子操控中的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 陈洪云;飞秒激光与铁电晶体相互作用及波导耦合特性[D];上海交通大学;2008年
8 冉玲苓;飞秒激光制备微结构及在粒子操控中的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 韩艳华;飞秒激光在玻璃和半导体表面诱导微结构[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 韩艳华;飞秒激光在玻璃和半导体表面诱导微结构[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 侯方;亳阜高速公路路基填土工程性质的研究[D];合肥工业大学;2006年
2 徐春旭;W型铁氧体的制备及磁性研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
3 李世扬;数字全息术在微结构测量中的应用研究[D];西北工业大学;2005年
4 王浡;物理压印法构建聚合物微结构[D];浙江大学;2006年
5 高玉英;导电聚合物微容器的制备与应用研究[D];清华大学;2006年
6 关会英;典型蝴蝶鳞片结构色形成机理及其微观结构研究[D];吉林大学;2007年
7 徐瑞;沥青混合料快速三维数值建模技术[D];华中科技大学;2008年
8 刘洪波;ZnO、Co纳米粒子制备的研究[D];南京理工大学;2004年
9 李春明;微结构气体传感器设计、模拟、制作及温度测量[D];吉林大学;2005年
10 朱玉满;镁合金的形变热处理[D];清华大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王迅;飞秒激光光学频率梳获国家科技进步二等奖[N];中国有色金属报;2010年
2 罗静;研讨微结构科技 庆祝冯端八十华诞[N];人民日报海外版;2003年
3 日经;飞秒激光切削加工技术将进入实用阶段[N];中国有色金属报;2003年
4 ;微结构陶瓷[N];中华建筑报;2000年
5 申生;国内首条膜分散微结构反应器制备纳米碳酸钙技术投产[N];医药经济报;2006年
6 宋莹 姚大鋆 陈晓春;南京微结构国家实验室建设正式启动[N];新华日报;2005年
7 记者:游雪晴 实习生:姜靖;超分子:探索在化学学科前沿阵地[N];科技日报;2006年
8 本报记者 杨蕾;在光的世界里驰骋[N];中国质量报;2010年
9 耿联;政协会上的“师生”委员[N];新华日报;2008年
10 沈峥嵘;高校,要能留住顶尖人才[N];新华日报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978