凝聚态物质的近红外飞秒激光微纳制备

利用近红外飞秒激光脉冲对玻璃和聚合物等透明凝聚态物质进行微纳制备．通过飞秒激光诱导的折射率变化在石英玻璃内部制备光栅等折射率型元器件;从后表面开始钻孔并引入蒸馏水,在钠钙玻璃中加工出纵横比很大的微细直孔;改变飞秒双光子聚合中激光焦点在样品中的位置,聚合出直线型和波浪型等不同形状的线条．     

飞秒激光脉冲照射诱导含芴结构树脂共聚物结构变化及机理的研究

在室温下用聚焦的飞秒激光照射高折射率、低双折射的透明含芴结构树脂-对苯二甲酸乙二醇酯(PET)共聚物,探索飞秒激光制备高分子光学功能微结构的可能性。通过紫外-可见吸收光谱、红外光谱、电子自旋共振谱、光学显微镜、扫描电镜及透射电镜等分析手段,对该材料在飞秒激光照射后的结构变化及机理进行研究。结果发现:含芴结构树脂共聚物在飞秒激光照射后产生化学键断裂,生成未成对电子,并形成无定形碳;照射区在可见光区域的吸收增强;随激光能量密度的减少在激光会聚点附近诱导结构由慧尾状向单一细丝转变。演示了三维着色内雕。     

飞秒激光脉冲焊接透明微晶玻璃的实验研究

利用飞秒激光脉冲开展了零热膨胀系数Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)透明微晶玻璃的非光学接触式焊接研究，分析了不同能量飞秒激光焊接LAS透明微晶玻璃的焊缝形貌和剪切强度，并对焊接后LAS透明微晶玻璃的透过率进行了测量。在激光脉冲宽度为300 fs、波长为1030 nm、单脉冲能量为3.0μJ时，焊接后LAS透明微晶玻璃的剪切强度高达23.51 MPa，光学透过率相对于原始LAS透明微晶玻璃下降了5%。随着单脉冲能量的增加，LAS透明微晶玻璃的光学透过率发生不同程度的下降，改性区域逐渐远离焦点，向激光源方向移动，使得分界面处的焊缝宽度先增大至10.7μm而后逐渐减小。X射线衍射分析结果表明，在该激光参数下实现了LAS透明微晶玻璃焊接而未产生新的晶相。     

透明材料飞秒激光三维微制备

利用飞秒激光对透明材料进行改性和加工，制备三维微结构和器件受到极大的关注。本文介绍了在透明材料内部或表面进行微制备的方法和应用，包括利用飞秒激光诱导的折射率变化来制作光波导、光栅和耦合器等；利用材料内部的微爆炸实现三维点存储和其它三维点阵结构等；通过界面的烧蚀过程进行打孔、切割和刻蚀等；利用双光子聚合制备微透镜、光子晶体和衍射光学元件等等。     

飞秒激光对光纤布拉格光栅的曝光实验研究

采用聚焦的红外飞秒激光对紫外激光刻写的Ⅰ型光纤布拉格光栅(FBG)分别进行了单点和扫描式曝光实验,重点研究了飞秒激光脉冲能量远低于光纤的损伤阈值情况下,脉冲激光对光栅光谱的影响。实验发现,激光单点照射栅区任意位置时,照射过程中的光谱有较大红移,且光谱结构不再是单透射峰而是不规则的多透射峰;然而照射结束后的布拉格波长蓝移且光栅透射率增加,随着曝光时间的增加该变化逐渐趋于饱和。通过建立非均匀温度场扩散模型,激光诱导的折射率变化会叠加在原光栅的折射率调制分布上,理论仿真了不同曝光时间后和曝光过程中的光谱变化,与实验结果非常吻合。     

用飞秒激光在石英玻璃体内写入光波导和光栅的研究

用飞秒激光在石英玻璃写入了光波导和光栅等结构。飞秒激光辐射照形成波导效应时的折射率改变量为0.001至0.008。折射率的改变量依赖于飞秒激光脉冲辐照的剂量和功率密度。通过Raman光谱和AFM图像,研究了波导区的物质结构变化,并对飞秒激光写入过程的物理机制进行了探讨。     

光学玻璃在皮秒与飞秒脉冲激光作用下的暗化现象

研究了某些光学玻璃在皮秒和飞秒激光照射下产生的暗化 (darking)特性。测量了玻璃在 810nm飞秒激光照射前后的吸收光谱 ,并进行了比较与分析。玻璃在超短脉冲激光照射后发生暗化 ,是因为玻璃内生成色心的结果。同时提出了解释超短脉冲飞秒激光引起玻璃产生色心的机理。上述暗化具有热擦除性 ,在 2 0 0℃下热处理几分钟后 ,暗区消失     

飞秒激光诱导金属银纳米布线加工精度的研究

对飞秒激光诱导银纳米布线的加工精度进行研究,并将其应用于微纳器件的加工领域。对飞秒激光与银离子前驱体溶液的相互作用进行了实验,通过对飞秒激光功率、曝光时间、前驱体溶液中表面活性剂种类以及浓度的调控,利用扫描电子显微镜对布线结构进行表征,得到140nm宽的银纳米线。利用飞秒激光制备出一组银微纳图案和微型催化反应器。该研究为银微纳结构图案制备以及复杂衬底上金属功能器件集成提供了新的技术。     

飞秒激光直写磁光玻璃波导研究

用飞秒激光在硼铝硅酸盐类磁光玻璃中直写光波导 。对比了 飞秒激光在TG20和TG28两种Tb³⁺浓度不同的硼铝硅酸盐玻璃中的磁光波导的效果 ,并研究 了飞秒激光脉冲的能量和偏振对波导的模式以及Verdet常数的影响。实验结果表明,圆偏振 光具有更低的 阈值能量,且诱导的折射率增量高于同功率的线偏振光,首次在实验上证明飞秒直写加工硼 铝硅酸盐磁光 玻璃时,折射率的改变主要源于离子键的三或四光子吸收过程。磁光系数测量表明, 飞秒激光的功 率与偏振对TG28中波导Verdet常数的影响较弱,Verdet常数损失量小于体材料的15%,而在TG20中 却可以达到70%。实验结果表明,TG28比TG20更适用于飞秒激光加工 磁光微结构,即通过对 磁光玻璃中掺杂离子浓度的选择,可以实现高磁光系数、高折射率调制的光学微结构的制备 。     

飞秒激光制备折射率调制光栅及分析

利用飞秒激光(120fs,810 m,1 kHz)线扫描方法在石英玻璃体内形成折射率调制型光栅结构.研究光栅结构折射率调制度△n与飞秒激光脉冲能量、扫描速度和扫描重复率等参量的关系.多次扫描的光栅结构△n提高到3×10-3.说明积累效应对折射率调制结构的形成起重要作用,并解释以往得到△n大小不同的原因.     

基于飞秒激光制备的光纤Fabry-Perot折射率传感器

在对光纤Fabry-Perot(F-P)传感器多光束干 涉原理仿真分析的基础上,利用波长为800nm的飞秒 激光脉冲在普通单模光纤(SMF)上制备微型传感器,并对其折射率响应性能进行了实验测试 。理论分析表明,在低、高折射率区域,F-P传感器的反射谱对比度随着折射率的增加分别 呈现先降低后增加的趋势(折射率高低分界点1．457)。飞秒激光 的制备方法通过计算机控制腔长等可以进行参数可选择的微型光纤F-P传感器的制作。利用 制备的传感器对一系列不同折 射率的溶液进行了折射率响应测试实验,测试结果表明,传感器反射谱对比度对低折射率物 质(折射率小于 1.457)的灵敏度为27.65dB/RI,对高折射 率 物质(折射率大于1.457)的灵敏度为3.50dB /RI,且均具有良好的线性响应。     

Rewritable Holographic Structures Formed in Organic–Inorganic Hybrid Materials by Photothermal Processing

Holographic and direct‐written structures are fabricated in tin‐doped silicophosphite thin plates containing rhodamine 6G dye by a photothermal process based on the principle of glass softening/frozen‐in behavior. To be highly processable by photothermal treatment and stable at room temperature after processing, the intrinsic viscoelastic property is improved by increasing the crosslinking density of the network structure, and the photothermal conditions for efficient transfer of the irradiated photons to thermal phonons are explored. Then, the excellent rewritability and reliability of the fine processed structure are found by examining the writing/erasing repetition. Furthermore, the origins of the changes in refractive index due to photothermal treatment are classified into density change and photobleaching, and the dynamics of the formation process of holographic gratings are studied by measuring refractive index changes as functions of irradiation time and wavelength. As a result, it is found that the holographic structure consists of spatial modulation of the refractive index and the refractive index change results primarily from the change in the frozen structure, although there is a slight influence by photobleaching.     

光热折变玻璃的研究进展

光热折变玻璃是一种光敏硅酸盐玻璃,主成分为Na2O–ZnO–Al2O3–SiO2,并掺有Ag、Ce和F等成分,其折射率在紫外曝光并热处理后发生改变,具有在可见光以及红外光谱范围内损耗小,激光破坏阈值高,热稳定性好等特点,可用于制备衍射效率高,光谱选择性和角度选择性好的体Bragg光栅,可用于光谱窄化,相干耦合,谱合成等,在激光与光通信领域以及其他光学系统中有广阔的应用前景。分析了光热折变玻璃的折射率改变机制,讨论了光热折变玻璃的吸收特性,结构转变及激光破坏特性等光学特性。     

硫系玻璃Ge28Sb12Se60薄膜光学非线性增强色散特性

采用真空热蒸发以及退火工艺制备了支持局域表面等离激元的微纳结构薄膜,在此薄膜上蒸镀了硫系玻璃Ge₂₈Sb₁₂Se₆₀薄膜。应用Z-扫描技术,在飞秒激光脉冲激发下研究其光学非线性增强的色散特性,在650 nm和850 nm波段观察到了非线性吸收增强;非线性折射率随着波长的增加由负变正。通过扫描电子显微镜和透过光谱表征和分析了硫系玻璃Ge₂₈Sb₁₂Se₆₀薄膜非线性吸收增强的原理,非线性吸收随着波长的增加由单光子吸收为主逐渐转变为双光子吸收为主;银膜的微纳结构导致硫系玻璃薄膜的共振中心频率发生了偏移。实验制备的用于增强硫系玻璃非线性的微纳结构制作简单,无需复杂光刻工艺,为非线性光子学器件的设计提供了新的思路。     

两步离子交换低损耗光波导功分器的研制

报道了在热扩散条件下两步离子交换玻璃光波导功分器的理论分析、样品制作和实验测试.为了便于定量分析,采用了一种上升反正弦S型分支光波导系统的物理模型,得到了在热扩散条件下两步离子交换光功分器波导区的归一化折射率分布和在不同交换时间所形成的玻璃波导折射率分布.在此基础上,设计和制作出第一步采用含Tl 纯熔盐Tl2SO4与玻璃含Na 进行离子交换形成表面下半圆形波导,再把该波导表面脱钛膜放入含Na 熔盐NaNO3中进行第二步离子交换形成掩埋式圆形波导光功分器,实现插入损耗为0.15 dB和分光比为50:50的上升反正弦S型玻璃光波导功分器.     

光开关玻璃的飞秒光学开关特性

通过在碲玻璃中添加重金属离子,尝试制作了具有较大的非线性折射率、时间响应快、吸收小的光开关玻璃。采用超快飞秒光克尔门技术对光开关玻璃的光克尔信号进行测试,测试结果显示,光开关玻璃的光克尔信号对称性好,信号半高宽度达到~225 fs,三阶非线性极化率达到~0.810-20 m2/V2,透过率达到70%~80%;研制的光开关玻璃为皮秒和飞秒光开光材料的选取提供了依据。     

毛细石英管构成的高灵敏度光纤气压传感器

为实现高精度的气压测量,提出一种利用飞秒激 光微加工技术与光纤熔接技术制作的法布里- 珀罗(FP)干涉仪(FPI)型光纤气压传感器。利用波长800nm的飞秒 激光脉冲在毛细石英管侧壁上加工一微孔, 利用光纤熔接技术把毛细石英管熔接在一段单模光纤(SMF)和一段多模光纤(MMF)之间,制备 出一种光纤气压传 感器。通过改变传感器的FP腔内气压大小,导致FP腔内气体折射率改变,从而引起传感器 的透射 谱线性漂移,通过计算气压变化量与透射谱的谐振峰波长漂移量之间的关系就能够实现传感 器的气 压测量。理论分析了传感器实现气压测量的机理,实验测量了传感器的灵敏度。实验结 果表明, 传感器对周围气压变化的响应较大,透射谱的谐振峰波长随气压线性变化的灵敏度达到4.22nm/Mpa,而传感器对环境温度变化的响应很小,减少了温度对气压 测量的交叉感染。     

硅基SiO2平面光波导中硼磷硅玻璃覆盖层的制备和研究

利用等离子体增强化学气相沉积方法．在SiH4／N2O反应气体中掺入PH3和B2H6制备了用于硅基SiO2平面光波导的硼磷硅玻璃覆盖层．分析了磷掺杂和硼掺杂对折射率的影响，提出了选择掺杂气体流量匹配折射率的方法．研究了退火温度和气氛对膜层性能的影响．高温退火使膜层的折射率趋于稳定，对光的吸收损耗减小；采用氧气退火可以抑制和消除氮气退火时膜层中出现的下透明的微晶粒，改善膜层质量．采用多步沉积退火方法，消除了台阶覆盖层出现的空洞和气泡，得到了台阶的覆盖性和覆盖平坦度都较好的硼磷硅玻璃膜层．