01
คู่มือวิทยานิพนธ์
แก้วควอตซ์มีโครงสร้างที่หลากหลายภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันที่แตกต่างกัน พร้อมด้วยความหนาแน่นของปริมาตรถาวร ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางแสงขนาดมหึมา เช่น ดัชนีการหักเหของแสง อย่างไรก็ตาม กลไกวิวัฒนาการโครงสร้างระดับจุลทรรศน์พื้นฐานเบื้องหลังการเพิ่มความหนาแน่นที่เกิดจากการบีบอัดทางกายภาพ-อุณหภูมิสูงและความดันสูง- (HPHT) และการกระตุ้นด้วยโฟโตอิเล็กทริคการเขียนโดยตรงด้วยเลเซอร์ femtosecond (FLDW) ยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างสมบูรณ์ ความเข้าใจที่ลึกซึ้งมากขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการปรับโครงสร้างเครือข่ายแก้วที่ไม่สมดุล-เหล่านี้ภายใต้สภาวะที่รุนแรงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบและการพัฒนาที่ยืดหยุ่นของเส้นใยมัลติคอร์แบบใหม่ การบูรณาการควอนตัม และอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ไฮบริดขั้นสูง
02
ภาพรวมข้อความฉบับเต็ม
การศึกษานี้เปรียบเทียบการเปลี่ยนเฟสของโครงสร้างและการตอบสนองทางแสงอย่างเป็นระบบที่เกิดจากการรักษาด้วย-อุณหภูมิสูง-แรงดันสูง (HPHT) การเขียนโดยตรงด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที (FLDW) และกระบวนการที่รวมกันในแก้วควอทซ์ ผลการวิจัยพบว่าแม้ว่าทั้งสองวิธีจะมีดัชนีการหักเหของแสงและความหนาแน่นเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรง แต่ก็มีความแตกต่างกันโดยพื้นฐานในวิถีการปรับโครงสร้างด้วยกล้องจุลทรรศน์ ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดอยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่าโครงสร้างแก้วในบริเวณที่ได้รับการฉายรังสีด้วยเลเซอร์-พัฒนาไปสู่สถานะอุณหภูมิเสมือนที่สูงเป็นพิเศษ (1600–2000 K) ภายใต้ผลกระทบจากความร้อนใต้พิภพที่รุนแรง ควบคู่ไปกับการสร้างข้อบกพร่องที่ไม่ใช่-ออกซิเจนบริดจ์ (NBO) ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับ-การแบ่ง SiO4 เตตราเฮดราที่ขอบ สิ่งนี้นำไปสู่พฤติกรรมการเรืองแสงด้วยแสง (PL) ที่แตกต่างอย่างชัดเจนจากพฤติกรรมที่เกิดจากการบำบัดทางกายภาพด้วยแรงดันสูงแบบธรรมดา
03
การวิเคราะห์ข้อความและรูปภาพ
รูปที่ 1 แสดงคุณลักษณะความทนทานต่อแรงดันสูง-ของนาโนเกรตติ้งเลเซอร์เฟมโตวินาทีที่เหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ซิลิกาแก้ว- รวมถึงไมโครกราฟแบบออปติคัลการส่งผ่าน (A-F, M-P) และไมโครกราฟโพลาไรเซชัน (G-L, Q-T) แก้วดั้งเดิมมีเพียงกลุ่มควบคุมอบอ่อน และระดับอุณหภูมิสูง 673 K และการไล่ระดับความดันสูงที่ 1.4, 2.5, 3.7 และ 4.9 GPa สี่ระดับได้รับการตั้งค่า และเปรียบเทียบกระบวนการเป็นสองกลุ่ม: "เลเซอร์มาก่อน แรงดันสูง" และ "แรงดันสูงก่อน เลเซอร์" พลังงานพัลส์เลเซอร์ได้รับการแก้ไขที่ 0.8 µ J สัญญาณสีของภาพโพลาไรเซชันแสดงถึงความเข้มของการหักเหของรูปร่างของนาโนเกรตติ้ง ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการอบอ่อนด้วยอุณหภูมิ 673 K แบบธรรมดาไม่ทำให้ตะแกรงเสียหาย และสามารถรักษาโครงสร้างและการหักเหของแสงสองระดับของนาโนเกรตติงได้อย่างเสถียรเมื่อความดันน้อยกว่าหรือเท่ากับ 2.5 GPa หลังจากถึง 3.7 GPa การรีฟรินเจนซ์จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และที่ 4.9 GPa การรีฟรินเจนซ์จะลดลงอย่างมาก การหายตัวไปของการเกิดปฏิกิริยาไบรีฟริงเจนโดยสมบูรณ์บ่งชี้ว่ามีค่าสูงกว่า 3.7 GPa อุณหภูมิสูงและความดันสูงจะยุบรูพรุนนาโนภายในตะแกรง ทำลายโครงสร้างการปรับความหนาแน่นเป็นระยะ และการเปลี่ยนแปลงการหน่วงเฟสของตะแกรงสามารถย้อนกลับได้ภายใต้ลำดับการประมวลผลทั้งสอง เป็นการยืนยันว่าตะแกรงนาโนมีลักษณะของการสร้างใหม่ที่สามารถลบล้างด้วยแรงดันสูงได้
รูปที่ 2 แสดงสเปกตรัมโฟโตลูมิเนสเซนซ์ของกล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอลแก้วซิลิกาที่ได้จากการใช้แสงกระตุ้นสองประเภท คือ 325 นาโนเมตร และ 532 นาโนเมตร ตามลำดับ ความแตกต่างของข้อบกพร่องเรืองแสงถูกเปรียบเทียบในกลุ่มตัวอย่างห้ากลุ่ม ได้แก่ แก้วดั้งเดิม เฉพาะการเขียนโดยตรงด้วยเลเซอร์ femtosecond (FLDW) อุณหภูมิสูงและแรงดันสูงเท่านั้น (HPHT) แรงดันสูงก่อนเลเซอร์ และเลเซอร์ก่อนแรงดันสูง ตัวอย่างที่บำบัดด้วย FLDW แสดงทั้งพีคของการแผ่รังสีสีเขียว 530 นาโนเมตร และพีคของการแผ่รังสีสีแดง 650 นาโนเมตร แสงสีเขียวเกิดขึ้นจาก exciton ที่กักตัวเองไว้ ในขณะที่แสงสีแดงสอดคล้องกับข้อบกพร่องของออกซิเจนที่ไม่ได้เชื่อมต่อที่แยกได้ อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างทั้งหมดที่รักษาด้วย HPHT สามารถสังเกตเห็นการเรืองแสงสีเขียวและการหายไปโดยสิ้นเชิงของจุดสูงสุดของแสงสีแดง ซึ่งบ่งชี้ว่ามีความแตกต่างพื้นฐานระหว่างประเภทของข้อบกพร่องที่เกิดจากเลเซอร์เฟมโตวินาทีและการปรับเปลี่ยนแรงดันสูง- การบำบัดด้วยแรงดันสูงส่งเสริมปฏิสัมพันธ์ระหว่างออกซิเจนที่ไม่เชื่อมโยงและเครือข่ายแก้ว โดยกำจัดสัญญาณไฟสีแดงที่สอดคล้องกับออกซิเจนที่ไม่เชื่อมโยงที่แยกออกมา
รูปที่ 3 ใช้คอนโฟคอลรามันสเปกโทรสโกปีเพื่อวิเคราะห์โครงสร้างเครือข่ายขนาดเล็กของอุณหภูมิสูงและความดันสูง (HPHT) การเขียนโดยตรงด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที (FLDW) และแก้วซิลิกาดัดแปลงจากกระบวนการคอมโพสิต รูปที่ A แสดงสเปกตรัมรามานที่สมบูรณ์ของกลุ่มตัวอย่างสี่กลุ่ม: แก้วดั้งเดิม เลเซอร์เท่านั้น แรงดันสูง 4.9 GPa และแรงดันสูงหลังเลเซอร์ 4.9 GPa จุดสูงสุดหลักของการสั่นสะเทือนของการดัดงอของวงแหวน Si หกเหลี่ยมที่ 440 ซม. ⁻¹ คือเป้าหมายในการวิเคราะห์หลัก รูปที่ B แสดงเส้นโค้งการเปลี่ยนแปลงของตำแหน่งจุดสูงสุดหลักของ Raman ของตัวอย่าง HPHT ด้วยแรงกด จุดสูงสุดหลักเลื่อนไปทางหมายเลขคลื่นที่สูงขึ้นและแบนด์วิดท์แคบลงตามแรงกดดันที่เพิ่มขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับการลดลงของมุมพันธะ Si-O-Si และการกระจายมุมพันธะที่สม่ำเสมอมากขึ้น แกนแนวตั้งด้านขวาได้รับการปรับเทียบแบบซิงโครนัสกับอุณหภูมิเสมือนที่สอดคล้องกัน รูปที่ C เปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงจุดสูงสุดหลักและอุณหภูมิเสมือนที่เทียบเท่าของกระจกต้นแบบ 3.7 GPa และ 4.9 GPa หลังจากการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ที่พลังงานต่างกัน การฉายรังสีด้วยเลเซอร์ทำให้โครงสร้างตัวอย่างทั้งหมดมาบรรจบกันแบบไร้เส้นกำกับโดยมีอุณหภูมิเสมือนสม่ำเสมอที่ 1600-2000 K การเลื่อนจุดสูงสุดหลักของกระจกที่อัดไว้ล่วงหน้าต่ำจะอิ่มตัวด้วยพลังงานเลเซอร์ ในขณะที่จุดสูงสุดหลักของแก้วความหนาแน่นสูง 4.9 GPa- จะเลื่อนไปทางเลขคลื่นที่ต่ำกว่า ซึ่งเผยให้เห็นว่าเลเซอร์สามารถผ่อนคลายและควบคุมเครือข่ายกระจกเพิ่มความหนาแน่นแรงดันสูง สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นถึงกฎการควบคุมส่วนต่างของเส้นทางการปรับเปลี่ยน HPHT และ FLDW บนมุมพันธะออกซิเจนของซิลิคอนและอุณหภูมิเสมือนที่เทียบเท่าโดยสังหรณ์ใจ
04
สรุป
บทความนี้เปิดเผยความเหมือนและความแตกต่างอย่างเป็นระบบระหว่างการบีบอัดทางกายภาพแรงดันสูง-กับการเขียนโดยตรงด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาทีในแก้วควอตซ์ที่มีความหนาแน่น แม้ว่าทั้งสองอย่างจะสามารถบรรลุความหนาแน่นถาวรและการเพิ่มดัชนีการหักเหของแสงได้ แต่ในระดับจุลภาค เลเซอร์ที่เร็วมากที่เกิดจากการกระตุ้นด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าจะขับเคลื่อนเครือข่ายแก้วให้พัฒนาไปสู่สถานะอุณหภูมิเสมือนจริงที่สูง และทำให้เกิดข้อบกพร่องทางผลึกศาสตร์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่ไม่เหมือนใคร เช่น การแตกของพันธะ NBO และจัตุรมุขที่ขอบทั่วไป ซึ่งขาดหายไปในการประมวลผลแรงดันสูง-โดยอาศัยการเปลี่ยนรูปโหมดองค์ประกอบแข็ง (RUM) การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่ทำให้ขอบเขตของการเปลี่ยนรูปแบบทอพอโลยีในเครือข่ายอสัณฐานภายใต้วิธีการฉีดพลังงานที่แตกต่างกันเท่านั้น แต่ยังเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีที่มั่นคงสำหรับการออกแบบอุปกรณ์โฟโตนิกใหม่และส่วนประกอบการสื่อสารด้วยแสงผ่านการปรับแต่งโครงสร้างท้องถิ่นในอนาคต
