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飞秒激光直写硫系玻璃体相位光栅的研究
作者: irglass 时间: 2020-09-27 浏览:1,391 次

近日,我室硕士生马文强(第一作者)和张培晴导师(通讯作者)在Ceramics International期刊上发表了题为“Femtosecond-laser direct-writing volume phase gratings inside Ge–As–S chalcogenide glass”的论文(ISSN:0272-8842,2020,46:17599-17605,IF=3.450)。

图1 超景深显微镜下的光栅形貌

         硫系玻璃在中红外波段具有很高的透过率,而且其线性和非线性折射率也很高,是红外光器件的优选材料。在一些器件中,具有合适参数的体相位光栅能够获得较大的衍射效率,而且能在一定程度上提高光栅的波长分辨率,改善器件性能。飞秒激光直写技术是在透明材料内部制备微结构的有力工具,具有众多可调参数,以更加细微地调整光栅形貌、折射率变化等。

图2 衍射光斑及其强度分析

         在本研究中,利用不同功率的飞秒激光在距离玻璃上表面50 μm处制备了体相位光栅。随着功率的不断增加,观察到了光栅形貌从不清晰到清晰,再到表面出现损伤的过程(图1)。通过测试,较高的衍射效率和清晰的衍射光斑说明制备的光栅具有优异的性能,且衍射效率随功率变化表现出先增加后降低的趋势。

图3 光栅侧面显微镜图

         为了探究光栅厚度的变化情况,对光栅侧面进行精密抛光,发现其厚度变化趋势与衍射效率相同。由于Ge-As-S玻璃的非线性较高,当高强度的飞秒激光在其内部传播时会引发如自聚焦等非线性效应,造成如图3所示的变化过程。

图4 光栅折射率变化

         经过计算发现,光栅折射率变化基本保持在同一水平,而厚度表现出与衍射效率相同的变化趋势。因此,激光功率逐渐增加的过程中,体光栅厚度在衍射效率变化中起到了主导作用。