亚带隙光辅助电场极化致二次谐波发生和直写红外倍频波导研究

作为重要的光控材料，非线性光学材料备受关注。借鉴强电极化法在玻璃中产生二次谐波发生(SHG)性能的主要步骤和基本原理，基于硫系玻璃光致流动性特性，近期实验探索出一种在玻璃中实现SHG性能的新方法：亚带隙光辅助电场极化法。但是，光、电场协同作用局部区域的结构演化特征和外场参量对折射率、SHG等性能的调控规律尚不清楚，亟待深入探索。本项目将以硫系玻璃为研究对象，深入研究配方和外场等参量变化对玻璃中获得SHG性能的强度、分布轮廓和稳定性等的调控规律，实现性能的优化；详细表征实现SHG性能过程中外场作用区域的组成、结构、形貌、温度和光学像等的演变规律，揭示该极化新方法实现SHG性能过程的微观机制；进而基于该极化新方法和外场参量变化对样品折射率的调控，探索硫系玻璃中电场辅助激光直写红外倍频波导的显微光学加工新技术。本研究将深化玻璃中外场致SHG性能的基础理论知识，促进相关透红外光功能器件的研发。

硫系玻璃作为重要的非线性光学材料备受关注。本项目研究了硫系玻璃光致流动性的影响规律，采用亚带隙光辅助电场极化法极化硫系玻璃，研究了获得SHG性能的强度、分布轮廓和稳定性等的演变规律，揭示了实现SHG性能过程的微观机制，探索了硫系玻璃中电场辅助激光直写红外倍频波导的合适工艺参数条件。本项目研究取得以下主要研究结果：. 1. 研究了激光波长、激光能量、照射时间、玻璃组成等条件对硫系玻璃网络结构的影响，探索出了光致流动性的影响规律。当采用亚带隙光对玻璃样品辐照时，会发生光致流动性，组成对光致结构变化有显著影响。GeSx玻璃亚带隙光辐照致光致流动性，GeS4玻璃经532 nm亚带隙光激光辐照后，在辐照激光波长（～532nm）附近区域发生透过率的明显下降，形成的布拉格反射镜随激光能量的增大而增大，表明，硫系玻璃结构对光照是敏感的，光照时易于产生光致流动性。. 2. 设计并搭建了亚带隙光辅助电场极化装置，实现了室温下空气介质中简易清洁高效对硫系玻璃材料的极化处理，实现了室温下空气介质中在硫系玻璃表面直写红外倍频波导。研究了外场参量、玻璃组成对玻璃中获得SHG强度、稳定性的影响规律。连续的和脉冲的532nm亚带隙光辅助电场极化致GeSx玻璃产生了SHG，激光功率、极化电压、极化时间、玻璃组成都会对SH信号强度产生重要影响。GeS4玻璃的最佳极化条件（180mW，3.5kV，1h，1h）。. 3. 揭示了亚带隙光辅助电场极化法实现SHG性能过程的微观机制即偶极子取向模型。SH信号强度弛豫的动力学规律研究，对物理外场作用区域的Raman光谱、AFM、SEM、EDS能谱结果验证了硫系玻璃中产生SHG的微观机制。. 4. 项目采用亚带隙光辅助电场极化法在玻璃中实现了直写红外倍频波导，探索出硫系玻璃中电场辅助激光直写红外倍频波导的合适工艺参数条件。得到的SH信号与玻璃组成、激光功率、极化电压、极化时间、保压时间等条件密切相关。. 基于以上研究结果，在Journal of Non-Crystalline Solids、Chalcogenide Letters等国际学术期刊上发表13篇论文，在国际会议上发表4篇论文，申请3项国家发明专利、1项实用新型专利并都获得授权。