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Abstracto
El vidrio de cuarzo exhibe diversas configuraciones estructurales bajo diferentes condiciones de temperatura y presión, acompañadas de una densificación volumétrica permanente, que afecta significativamente sus propiedades ópticas macroscópicas, como el índice de refracción. Sin embargo, los mecanismos de evolución microestructural subyacentes de la densificación inducida por la compresión física de alta-temperatura, alta-presión (HPHT) y la excitación fotoeléctrica de escritura directa con láser de femtosegundo (FLDW) aún no se comprenden completamente. Una comprensión más profunda de los procesos de recombinación de redes de vidrio fuera de equilibrio en estas condiciones extremas es crucial para el diseño flexible y el desarrollo de nuevas fibras ópticas multi-núcleos, chips cuánticos integrados y dispositivos de fusión optoelectrónicos avanzados.
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Descripción general
Este estudio compara sistemáticamente las transiciones de fase estructural y las respuestas ópticas inducidas en vidrio de cuarzo mediante un tratamiento de alta{0}}temperatura y alta-presión (HPHT), escritura directa con láser de femtosegundo (FLDW) y una combinación de ambos. El estudio encontró que aunque ambos métodos pueden lograr un aumento lineal en el índice de refracción y la densificación macroscópica, existen diferencias fundamentales en las vías de reorganización microscópica. La diferencia más crucial radica en el hecho de que la estructura del vidrio en la región irradiada con láser-evoluciona a un estado característico de alta temperatura virtual (1600-2000 K) bajo efectos fototérmicos extremos, acompañado por la generación de defectos de oxígeno sin puentes (NBO) estrechamente relacionados con los tetraedros de SiO4 que comparten los bordes, induciendo así un comportamiento de fotoluminiscencia (PL) que es drásticamente diferente del inducido por láser puro. tratamiento físico de alta-presión.
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Análisis de figuras y textos
La Figura 1 muestra la caracterización de la tolerancia a alta-presión de una nanorejilla de tipo II inducida por un láser de femtosegundo-en vidrio de sílice, incluida la microscopía óptica de transmisión (A–F, M–P) y la microscopía de polarización (G–L, Q–T). Se establecieron cuatro gradientes de alta-temperatura y alta-presión de 673 K: el vidrio original, un grupo de control recocido únicamente y gradientes de 1,4, 2,5, 3,7 y 4,9 GPa. Se compararon dos procesos: "primero el láser, luego la alta presión" y "primero la alta presión, luego el láser". La energía del pulso láser se fijó en 0,8 µJ. Las señales de color en las imágenes de polarización representan la forma y la intensidad de la birrefringencia de la nanorejilla. Los resultados muestran que el recocido simple a 673 K no daña la rejilla. La estructura de nanorejilla y la birrefringencia se conservan de forma estable cuando la presión es inferior o igual a 2,5 GPa. La birrefringencia se debilita significativamente después de aumentar a 3,7 GPa y desaparece por completo a 4,9 GPa, lo que indica que por encima de 3,7 GPa... La alta temperatura y presión colapsarán los nanoporos dentro de la rejilla y destruirán la estructura de modulación de densidad periódica. Además, el cambio de retardo de fase de la rejilla es reversible en las dos secuencias de procesamiento, lo que confirma que la nanorejilla tiene características reconfigurables y borrables a alta presión.
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Resumen
Este artículo revela sistemáticamente las similitudes y diferencias entre la compresión física de alta-presión y la escritura directa con láser de femtosegundo en vidrio de cuarzo denso. Aunque ambos pueden lograr una densificación permanente y una mejora del índice de refracción, a nivel microscópico, el láser ultrarrápido excitado electromagnéticamente- impulsa de manera única la evolución de la red de vidrio a un estado de alta temperatura virtual e induce localmente defectos cristalográficos microscópicos únicos, como rotura de enlaces, NBO y tetraedros que comparten bordes-, que faltan en el procesamiento de alta-presión que depende de la deformación en modo de unidad rígida (RUM). Este descubrimiento no sólo aclara los límites de la deformación topológica de redes amorfas causadas por diferentes métodos de inyección de energía, sino que también proporciona una base teórica sólida para el diseño futuro de nuevos dispositivos fotónicos y componentes de comunicación óptica mediante la personalización de la estructura local.
