高重復(fù)頻率飛秒激光誘導(dǎo)功能微結(jié)構(gòu).pdf

1、飛秒激光具有超短的脈沖寬度和極高的脈沖峰值功率，可與各種透明介質(zhì)產(chǎn)生高度非線性相互作用。通過(guò)飛秒激光與透明介質(zhì)相互作用的研究，飛秒激光誘導(dǎo)的新的現(xiàn)象不斷地被發(fā)現(xiàn)和深入研究，為強(qiáng)場(chǎng)物理、等離子體物理、非線性光學(xué)和材料科學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的理論研究提供了新思路。
　　 本文對(duì)250 kHz脈沖頻率的飛秒激光在各種玻璃中誘導(dǎo)光子學(xué)微結(jié)構(gòu)等方面展開(kāi)了系統(tǒng)的研究。研究的內(nèi)容包括飛秒激光在飛秒激光在玻璃內(nèi)部誘導(dǎo)非線性光學(xué)晶體的析出和誘導(dǎo)離子遷移現(xiàn)

2、象等。具體可分為以下幾個(gè)方面：
　　 高重復(fù)頻率的飛秒激光輻照進(jìn)玻璃后，由于輻照區(qū)域通過(guò)多光子非線性效應(yīng)形成的等離子體能夠強(qiáng)烈地吸收激光能量，因而能使得激光能量不斷的沉積，從而在焦點(diǎn)區(qū)域形成一個(gè)溫度梯度場(chǎng)。通過(guò)這種飛秒激光輻照形成的熱積累效應(yīng)，熱影響區(qū)的玻璃溫度一旦超過(guò)析晶溫度Tc，玻璃便會(huì)發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為晶體。我們利用250 kHz高重復(fù)頻率飛秒激光輻照下誘導(dǎo)出TiO2和CaF2等非線性光功能晶體。利用飛秒激光實(shí)現(xiàn)了空間選擇性

3、的具有高折射率的TiO2納米粒子的析出和控制，為構(gòu)筑三維光子晶體等光學(xué)器件開(kāi)辟了新的途徑。還利用飛秒激光輻照在Er離子摻雜的CaF2-Al2O3-SiO2玻璃中析出Er離子摻雜的CaF2晶體，并且發(fā)現(xiàn)激光照射的晶化區(qū)域的在近紅外激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度大大增加。利用這個(gè)結(jié)果，我們演示了一種以上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射為讀取信號(hào)進(jìn)行三維光存儲(chǔ)的方法。我們利用飛秒激光誘導(dǎo)的析晶進(jìn)行信息記錄，然后利用不同波長(zhǎng)的紅外激光激發(fā)在共聚焦熒光顯微鏡中實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)

4、據(jù)的讀出，并獲得了很高的信噪比。此技術(shù)還在三維彩色立體顯示領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
　　 通過(guò)研究飛秒激光在硼酸鹽玻璃中誘導(dǎo)的配位數(shù)變化，發(fā)現(xiàn)了高重復(fù)頻率飛秒激光誘導(dǎo)離子遷移的新現(xiàn)象。進(jìn)而系統(tǒng)研究了飛秒激光在硅酸鹽玻璃中誘導(dǎo)的離子遷移和元素重新分布現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)玻璃的網(wǎng)絡(luò)修飾體離子一般會(huì)在激光聚焦處外圍形成一個(gè)“環(huán)帶“形狀的元素富集區(qū)域，而網(wǎng)絡(luò)形成體離子的分布則相反。我們提出了一種形成機(jī)理，認(rèn)為飛秒激光誘發(fā)的溫度場(chǎng)的梯度在此過(guò)程中起到

5、關(guān)鍵作用。進(jìn)而，我們利用飛秒激光誘導(dǎo)的具有光學(xué)活性離子的遷移，成功實(shí)現(xiàn)了玻璃內(nèi)部三維的微區(qū)熒光性能的改變。這一基于激光操控元素分布的微區(qū)熒光控制技術(shù)在波導(dǎo)制備、光學(xué)存儲(chǔ)等應(yīng)用上的廣闊前景。
　　 飛秒激光在透明介質(zhì)中誘導(dǎo)光子學(xué)微結(jié)構(gòu)這一研究領(lǐng)域?qū)⒊旃鈱W(xué)、材料科學(xué)以及激光光譜學(xué)結(jié)合起來(lái)，是一個(gè)多學(xué)科交叉的新興領(lǐng)域。開(kāi)展這方面的研究一方面可以推進(jìn)更新的有源或無(wú)源光子學(xué)器件的發(fā)展，另一方面可以利用飛秒激光的特性發(fā)掘材料的新功能，發(fā)現(xiàn)