外場誘導(dǎo)硅酸鹽玻璃定向析晶及可控非線性光學(xué)性能研究.pdf

1、在過去幾十年中，非線性光學(xué)材料由于在光通信方面的應(yīng)用引起了研究者極大的興趣。其中，非線性光學(xué)玻璃由于其制備工序簡易、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注。玻璃塊體內(nèi)非線性晶粒微結(jié)構(gòu)的排列可使玻璃顯示出各向異性的物理性能?；谶@一原理，利用外場誘導(dǎo)（熱場或飛秒激光強(qiáng)光場）在玻璃內(nèi)控制析出晶體的晶相、分布、大小以及取向等實(shí)現(xiàn)非線性光學(xué)性能可控，對于設(shè)計(jì)及制造新型多功能非線性光學(xué)材料有十分重要的指導(dǎo)意義。
　　首先，本文在SrO-TiO2-

2、SiO2玻璃中采取傳統(tǒng)的熱場處理進(jìn)行誘導(dǎo)析晶，通過Maker條紋法及X射線衍射等方法來分析玻璃中Sr2TiSi2O8晶體的析出行為，并研究其二階非線性光學(xué)性能。研究表明，經(jīng)過熱處理后，玻璃表面易析出具有擇優(yōu)取向的非線性Sr2TiSi2O8晶體，其極軸c軸與樣品表面垂直。隨著熱處理溫度的升高或處理時(shí)間延長，Maker條紋測試中在玻璃表面垂直方向得到二次諧波產(chǎn)生信號，表明玻璃由表面定向析晶開始向內(nèi)部發(fā)展，且變?yōu)椴Ａ?nèi)部自由取向的體析晶。

3、r>　　熱處理析晶雖然可以得到微納米定向析晶，但是由于其可控性差且耗時(shí)長等缺點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)空間析晶可控，因此我們提出另一種處理方法，即飛秒激光輻射誘導(dǎo)法。由于在時(shí)間和空間上可對飛秒激光的能量累積進(jìn)行有效控制，飛秒激光微加工透明材料當(dāng)前受到研究者越來越多的關(guān)注?；谶@種原理，利用飛秒激光誘導(dǎo)處理的精確性，在玻璃內(nèi)部控制析出晶體的晶相、大小、形狀、分布及其取向，誘導(dǎo)產(chǎn)生特殊的線性和非線性光學(xué)特性，對于制造新型多功能復(fù)合材料以及激光應(yīng)用技術(shù)等研

4、究領(lǐng)域具有十分重要的指導(dǎo)意義。因此，本論文介紹了高重復(fù)頻率(如300kHz)的飛秒激光在硅酸鹽玻璃三維空間內(nèi)部成功誘導(dǎo)析出具有取向的鈮酸鋰(LiNbO3)晶體以及鍶鈦硅(Sr2TiSi2O8)晶體。
　　在Li2O-Nb2O5-SiO2玻璃中，可以通過調(diào)節(jié)脈沖能量以及使飛秒激光的偏振方向與激光掃描方向平行在玻璃內(nèi)部的激光線中得到微米/納米級的非線性晶體顆粒。通過電子背散射衍射測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在低脈沖能量且偏振方向與激光移動(dòng)方向平行時(shí)

5、，可得朝向與激光移動(dòng)方向平行的定向非線性納米晶。倍頻測試結(jié)果顯示，在宏觀激光線中非線性納米晶具有整體的擇優(yōu)取向性。另外，為了更好的研究納米晶在激光線中的取向性，我們進(jìn)行了一系列相干納米晶的倍頻測試，發(fā)現(xiàn)寫入方向相反的激光線中非線性晶體的極軸取向性。通過X射線能譜分析及核子微探針等方法對激光線進(jìn)行化學(xué)分析，并借助靜態(tài)模式以及移動(dòng)過程中輻照區(qū)域的溫度場及化學(xué)勢梯度分布情況，來分析晶體析出及定向生長的機(jī)理。
　　在SrO-TiO2-Si

6、O2玻璃系統(tǒng)中，我們分別在化學(xué)計(jì)量組分及非化學(xué)計(jì)量組分的玻璃樣品中進(jìn)行激光輻射誘導(dǎo)。前者中，發(fā)現(xiàn)改變激光輻射條件不僅可以得到晶體大小、分布的可控析出，同時(shí)也可控制玻璃中析出的晶相。倍頻測試結(jié)果顯示該樣品激光線中非線性晶體（大尺寸或微/納米晶）的極軸大致與激光移動(dòng)方向平行。而在非化學(xué)劑量組分玻璃中，激光誘導(dǎo)后玻璃中可獲得純Sr2TiSi2O8晶體。同時(shí)采用電子背散射衍射測試方法，討論了各種激光參數(shù)如寫入方向和激光偏振對非對稱性寫入及定向析