01
Opinnäytetyöopas
Kvartsilasilla on erilaisia rakenteellisia konfiguraatioita vaihtelevissa lämpötila- ja paineolosuhteissa, joihin liittyy jatkuva tilavuuden tiivistyminen, mikä vaikuttaa merkittävästi sen makroskooppisiin optisiin ominaisuuksiin, kuten taitekerroin. Korkean -lämpötilan ja korkean -paineen (HPHT) fyysisen puristuksen ja FLDW-valosähköisen viritysherätyksen aiheuttaman tiivistymisen taustalla olevia mikroskooppisia rakenteellisia evoluutiomekanismeja ei kuitenkaan ole vielä täysin selvitetty. Näiden ei--tasapainoisten lasiverkkojen uudelleenjärjestelyprosessien syvemmälle ymmärtäminen äärimmäisissä olosuhteissa on ratkaisevan tärkeää uusien moniydinkuitujen, kvanttiintegraatioiden ja edistyneiden optoelektronisten hybridilaitteiden joustavan suunnittelun ja kehittämisen kannalta.
02
koko tekstin yleiskatsaus
Tässä tutkimuksessa verrataan systemaattisesti rakenteellisia faasimuutoksia ja optisia vasteita, joita korkean{0}}lämpötilan korkea-paine (HPHT) -käsittely, femtosekunnin lasersuorakirjoitus (FLDW) ja niiden yhdistetyt prosessit kvartsilasissa aiheuttavat. Löydökset paljastavat, että vaikka molemmat menetelmät lisäävät lineaarista taitekerrointa ja makroskooppista tiivistymistä, ne eroavat perustavanlaatuisesti mikroskooppisissa uudelleenjärjestelyreiteissä. Kriittisin ero on siinä, että lasirakenne laser-säteilytetyllä alueella kehittyy tyypilliseen korkeaan virtuaaliseen lämpötilaan (1600–2000 K) äärimmäisissä fototermisissä vaikutuksissa, minkä seurauksena syntyy ei--siltahappivirheitä (NBO), jotka liittyvät läheisesti reuna-jakaviin SiO4-tetraedriin. Tämä johtaa fotoluminesenssikäyttäytymiseen (PL), joka eroaa selvästi yksinkertaisella{11}}korkeapaineisella fyysisellä käsittelyllä saavutettavasta käyttäytymisestä.
03
Teksti- ja kuvaanalyysi
Kuva 1 esittää piidioksidilasin femtosekuntilaser-indusoitujen tyypin II nanohilien korkean -paineen sietokyvyn, mukaan lukien transmissiooptiset mikrokuvat (A-F, M-P) ja polarisaatiomikrokuvat (G-L, Q-T). Alkuperäinen lasi, vain hehkutettu kontrolliryhmä ja neljä 673 K korkean lämpötilan ja korkean paineen gradienttitasoa 1,4, 2,5, 3,7 ja 4,9 GPa perustettiin, ja prosesseja verrattiin kahdessa ryhmässä: "laser ensin, korkea paine" ja "korkea paine ensin, laser". Laserpulssin energiaksi kiinnitettiin 0,8 µJ. Polarisaatiokuvan värisignaali edustaa nanohilan muodon kahtaistaittavuuden intensiteettiä. Tulokset osoittavat, että yksinkertainen 673 K hehkutus ei vaurioita hilaa ja nanohilan rakenne ja kahtaistaitteisuus voidaan säilyttää vakaasti paineen ollessa pienempi tai yhtä suuri kuin 2,5 GPa. Saavutettuaan 3,7 GPa:n kahtaistaittavuus pienenee merkittävästi, ja 4,9 GPa:ssa kahtaistaittavuus pienenee merkittävästi. Kahtaistaittavuuden täydellinen häviäminen osoittaa, että se on yli 3,7 GPa. Korkea lämpötila ja korkea paine romuttavat hilan sisällä olevat nanohuokoset, tuhoavat jaksollisen tiheysmodulaatiorakenteen ja hilan vaiheviiveen muutos on palautuva molemmissa prosessointijaksoissa, mikä vahvistaa, että nanohilassa on korkealla paineella pyyhittävän rekonstruoinnin ominaisuus.
Kuvio 2 esittää piidioksidilasikonfokaalimikroskopian fotoluminesenssispektrit, jotka on saatu käyttämällä kahta viritysvalotyyppiä, 325 nm ja 532 nm, vastaavasti. Vian luminesenssin eroja verrattiin viiden näyteryhmän välillä: alkuperäinen lasi, vain femtosekunnin lasersuorakirjoitus (FLDW), vain korkea lämpötila ja korkea paine (HPHT), korkea paine ennen laseria ja laser ennen korkeaa painetta; FLDW-käsitellyillä näytteillä oli sekä 530 nm:n vihreä emissiohuippu että 650 nm:n punainen emissiohuippu. Vihreä valo sai alkunsa itsejääneistä eksitoneista, kun taas punainen valo vastasi eristettyjä ei-silloittavia happivirheitä. Kaikki HPHT:lla käsitellyt näytteet pystyivät kuitenkin havaitsemaan vain vihreää luminesenssia ja punaisen valon huipun täydellisen katoamisen, mikä osoittaa, että femtosekuntilaserin ja korkean paineen{8}}muokkauksen aiheuttamien vikatyyppien välillä on perustavanlaatuinen ero. Korkeapainekäsittely edistää silloittamattoman happi- ja lasiverkoston välistä vuorovaikutusta eliminoiden eristettyä ei-siltavaa happea vastaavan punaisen valosignaalin.
Kuvassa 3 käytetään konfokaalista Raman-spektroskopiaa korkean lämpötilan ja korkean paineen (HPHT), femtosekundin lasersuorakirjoituksen (FLDW) ja komposiittiprosessimodifioidun piidioksidilasin mikroverkkorakenteen analysoimiseen. Kuvassa A esitetään neljän näyteryhmän täydelliset Raman-spektrit: alkuperäinen lasi, vain laser, 4,9 GPa korkea paine ja 4,9 GPa korkea paine laserin jälkeen. Si-O-Si kuusikulmainen rengastaivutusvärähtelyn päähuippu kohdassa 440 cm⁻¹ on ydinanalyysikohde; Kuvassa B on esitetty HPHT-näytteen Raman-päähuipun sijainnin vaihtelukäyrä paineen kanssa. Päähuippu siirtyy kohti suurempia aaltolukuja ja kaventaa kaistanleveyttä paineen kasvaessa, mikä vastaa Si-O-Si-sidoskulman pienenemistä ja tasaisempaa sidoskulmajakaumaa. Oikea pystyakseli kalibroidaan synkronisesti vastaavan virtuaalisen lämpötilan kanssa; Kuvassa C verrataan alkuperäisen, 3,7 GPa:n ja 4,9 GPa:n esipuristetun lasin päähuippusiirtymää ja vastaavaa virtuaalista lämpötilaa lasersäteilytyksen jälkeen eri energioilla. Lasersäteily saa kaikki näyterakenteet konvergoimaan asymptoottisesti tasaiseen 1600{18}}2000 K:n virtuaaliseen lämpötilaan. Alhaisen esipuristetun lasin päähuippusiirtymä kyllästyy laserenergialla, kun taas 4,9 GPa:n suuren{19}}tiheyden lasin päähuippu siirtyy kohti alhaisempia aaltolukuja ja paljastaa, että korkea laserpaineen verkosto voi rentoutua. Tämä heijastaa intuitiivisesti HPHT- ja FLDW-muutospolkujen differentiaalisäätelylakeja piihappisidoskulmassa ja vastaavassa virtuaalisessa lämpötilassa.
04
yhteenveto
Tämä artikkeli paljastaa systemaattisesti samankaltaisuudet ja erot tiivistetyssä kvartsilasissa korkean{0}}paineen fyysisen puristuksen ja femtosekundin lasersuorakirjoituksen välillä. Vaikka molemmat voivat saavuttaa pysyvän tiivistymisen ja taitekertoimen paranemisen, mikroskooppisella tasolla sähkömagneettisen virityksen aiheuttama ultranopea laser ohjaa ainutlaatuisesti lasiverkostoa kehittymään kohti korkean virtuaalisen lämpötilan tilaa ja aiheuttaa paikallisesti ainutlaatuisia mikroskooppisia kristallografisia vikoja, kuten sidoksen katkeamisen, NBO:n ja yhteisen reunan käsittelyn korkeassa paineessa olevasta tetraedristä, jotka puuttuvat. (RUM) muodonmuutos. Tämä löytö ei ainoastaan selvennä topologisen muodonmuutoksen rajoja amorfisissa verkoissa eri energianruiskutusmenetelmissä, vaan tarjoaa myös vankan teoreettisen perustan uusien fotonilaitteiden ja optisten viestintäkomponenttien suunnittelulle paikallisen rakenteen mukauttamisen kautta tulevaisuudessa.
