飞秒激光曝光PTR玻璃机理与应用研究
发布时间：2022-01-10 04:24
飞秒激光由于具备超短脉宽和超高峰值功率等极端物理条件,可诱导产生一系列不同于传统激光器与物质相互作用时的实验现象,这些新效应和新现象极大丰富了人们对光与物质相互作用的认知,并促进了激光领域的发展。同时,通过聚焦飞秒激光可以空间选择性地调制透明材料的局部折射率,从而实现复杂三维嵌入式光路的开发。光热敏折变（Photo-thermo refractive,PTR）玻璃是制备衍射光学器件、微流器件、微光机电系统等常用的多功能基底。本文基于光学与光子学领域的实际需求,利用飞秒激光选择性曝光材料,结合后续热处理工艺,制备了高性能高质量光学器件,为集成器件的设计与制造提供了新思路,同时也促进了PTR玻璃器件的应用拓展。主要研究内容与成果如下:研究了脉冲激光与PTR玻璃的相互作用特征,通过对光功率、脉冲宽度和热处理时间等参数的联合控制,实现了对激光诱导生成的纳米结晶颗粒密度分布与尺寸的有效调控。通过扫描电镜分析得出,曝光区域内生成的纳米结晶颗粒的密度分布与聚焦于PTR玻璃内部的飞秒激光能量密度分布密切相关,而纳米结晶颗粒的尺寸与写入激光参数无关。随着写入功率的增大,纳米颗粒分布由分散式转变为密集式,...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
DBR和DFB固态激光器示意图：(a)DBR激光器；(b)DFB激光器[45]
图 1-2 啁啾脉冲放大技术的基本原理图[49]Fig. 1-2 Schematic of fundamental principle of chirped pulse amplification[49]伴随光纤产业的提升，CPA 技术也已扩展至光纤激光放大，该技术提升了主振[55-59]
2003 年，Nolte 使用低重复频率的飞秒脉冲激光在石英玻璃中刻写了 1 ×3 分束器，第一次实现了飞秒激光直写三维光子结构。如图1-3所示，该分束器的三臂间隔为120°[67]。图 1-3 (a) 1 ×3 分束器示意图；(b)分束器出口处近场光强度分布图；(c)分束器出口处近场光强度分布仿真图[67]Fig. 1-3 (a) Schematic of 1 × 3 beam splitter; (b) Near-field intensity distribution;(c) Calculated near-field intensity distribution[67]另外，使用飞秒脉冲激光直写技术可以在掺杂稀土离子或过渡族离子的玻璃基质内空间选择性地制备具有增益功能的光波导。2004 年意大利科研团队利用飞秒激光在掺杂有铒（Er）和镱（Yb）的磷酸盐玻璃中制备了长 20 cm的光学增益波导，在波导的前后两端采用 975 nm 的半导体激光器进行双向泵浦，可以得到波长为 1533.5 nm、最高输出功率 1.7 mW 的红外输出光[68]。2007 年，Psaila 使用飞秒脉冲激光在掺 Yb 的硫化物介质中制备了波导，如图 1-4 所示，在中心波长为 1500 nm、谱宽为 100 nm 的泵浦光作用下
【参考文献】：
期刊论文
[1]Wavelength combining with volume Bragg gratings in photo-thermo-refractive glasses[J]. 张翔,高帆,封建胜,邹快盛,熊宝星,袁孝. Chinese Optics Letters. 2014(03)
[2]基于光热敏折变玻璃的透射型体布拉格光栅角度选择性研究[J]. 吴青晴,张翔,封建胜,吴尚,张桂菊,邹快盛,袁孝. 光学学报. 2012(12)
[3]光热敏折变玻璃及其布拉格体光栅特性研究[J]. 熊宝星,袁孝,张翔,封建胜,张桂菊,邹快盛. 光学学报. 2012(08)
[4]基于透射型体布拉格光栅衍射效率的研究[J]. 李松柏,杨敏. 西南大学学报(自然科学版). 2011(09)
[5]透镜轴棱锥产生近似无衍射贝塞尔光束[J]. 卢文和,吴逢铁,郑维涛. 光学学报. 2010(06)
[6]基于透射体布拉格光栅频谱组束的研究[J]. 占生宝,赵尚弘,胥杰,吴卓亮,李云霞. 光电子.激光. 2008(03)
[7]衍射理论对局域空心光束及无衍射光束重建的描述[J]. 刘岚,吴逢铁. 光学学报. 2008(02)
[8]体全息光栅外腔半导体激光器列阵的光谱特性[J]. 康治军,王智勇,刘学胜,左铁钏. 半导体光电. 2007(06)
[9]纳秒无衍射贝塞耳光脉冲参量的分析与测定[J]. 吴逢铁,陈云彬,郭东栋,张建荣. 中国激光. 2007(08)
[10]光轴方向任意时光折变晶体中体全息光栅的衍射性质[J]. 闫爱民,刘立人,刘德安,周煜,栾竹. 光学学报. 2006(03)
博士论文
[1]飞秒激光光刻波导技术及其应用研究[D]. 白晶.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[2]掺杂二氧化硅玻璃光敏性及光纤光栅器件研究[D]. 陈光辉.复旦大学 2005
硕士论文
[1]光热敏微晶玻璃研究[D]. 张晓亮.长春理工大学 2010
[2]光致热敏折射率玻璃的制备及其特性研究[D]. 张昱.华中科技大学 2008
[3]掺锗石英光纤紫外光敏性的研究[D]. 李剑芝.武汉理工大学 2004
本文编号：3580046
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
DBR和DFB固态激光器示意图：(a)DBR激光器；(b)DFB激光器[45]
图 1-2 啁啾脉冲放大技术的基本原理图[49]Fig. 1-2 Schematic of fundamental principle of chirped pulse amplification[49]伴随光纤产业的提升，CPA 技术也已扩展至光纤激光放大，该技术提升了主振[55-59]
2003 年，Nolte 使用低重复频率的飞秒脉冲激光在石英玻璃中刻写了 1 ×3 分束器，第一次实现了飞秒激光直写三维光子结构。如图1-3所示，该分束器的三臂间隔为120°[67]。图 1-3 (a) 1 ×3 分束器示意图；(b)分束器出口处近场光强度分布图；(c)分束器出口处近场光强度分布仿真图[67]Fig. 1-3 (a) Schematic of 1 × 3 beam splitter; (b) Near-field intensity distribution;(c) Calculated near-field intensity distribution[67]另外，使用飞秒脉冲激光直写技术可以在掺杂稀土离子或过渡族离子的玻璃基质内空间选择性地制备具有增益功能的光波导。2004 年意大利科研团队利用飞秒激光在掺杂有铒（Er）和镱（Yb）的磷酸盐玻璃中制备了长 20 cm的光学增益波导，在波导的前后两端采用 975 nm 的半导体激光器进行双向泵浦，可以得到波长为 1533.5 nm、最高输出功率 1.7 mW 的红外输出光[68]。2007 年，Psaila 使用飞秒脉冲激光在掺 Yb 的硫化物介质中制备了波导，如图 1-4 所示，在中心波长为 1500 nm、谱宽为 100 nm 的泵浦光作用下
【参考文献】：
期刊论文
[1]Wavelength combining with volume Bragg gratings in photo-thermo-refractive glasses[J]. 张翔,高帆,封建胜,邹快盛,熊宝星,袁孝. Chinese Optics Letters. 2014(03)
[2]基于光热敏折变玻璃的透射型体布拉格光栅角度选择性研究[J]. 吴青晴,张翔,封建胜,吴尚,张桂菊,邹快盛,袁孝. 光学学报. 2012(12)
[3]光热敏折变玻璃及其布拉格体光栅特性研究[J]. 熊宝星,袁孝,张翔,封建胜,张桂菊,邹快盛. 光学学报. 2012(08)
[4]基于透射型体布拉格光栅衍射效率的研究[J]. 李松柏,杨敏. 西南大学学报(自然科学版). 2011(09)
[5]透镜轴棱锥产生近似无衍射贝塞尔光束[J]. 卢文和,吴逢铁,郑维涛. 光学学报. 2010(06)
[6]基于透射体布拉格光栅频谱组束的研究[J]. 占生宝,赵尚弘,胥杰,吴卓亮,李云霞. 光电子.激光. 2008(03)
[7]衍射理论对局域空心光束及无衍射光束重建的描述[J]. 刘岚,吴逢铁. 光学学报. 2008(02)
[8]体全息光栅外腔半导体激光器列阵的光谱特性[J]. 康治军,王智勇,刘学胜,左铁钏. 半导体光电. 2007(06)
[9]纳秒无衍射贝塞耳光脉冲参量的分析与测定[J]. 吴逢铁,陈云彬,郭东栋,张建荣. 中国激光. 2007(08)
[10]光轴方向任意时光折变晶体中体全息光栅的衍射性质[J]. 闫爱民,刘立人,刘德安,周煜,栾竹. 光学学报. 2006(03)
博士论文
[1]飞秒激光光刻波导技术及其应用研究[D]. 白晶.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[2]掺杂二氧化硅玻璃光敏性及光纤光栅器件研究[D]. 陈光辉.复旦大学 2005
硕士论文
[1]光热敏微晶玻璃研究[D]. 张晓亮.长春理工大学 2010
[2]光致热敏折射率玻璃的制备及其特性研究[D]. 张昱.华中科技大学 2008
[3]掺锗石英光纤紫外光敏性的研究[D]. 李剑芝.武汉理工大学 2004
本文编号：3580046
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