飞秒激光诱导透明硫系薄膜改性研究

作     者：肖传富 

作者单位：宁波大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋宝安;林常规

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：飞秒激光 硫系薄膜 激光诱导 折射率 拉曼光谱 

摘      要：飞秒激光微加工具有热效应小、精度高和真三维加工能力,在微纳光子器件领域具有重要的应用价值。硫系薄膜具有较宽的红外透射谱、特殊的光敏性、较低的双光子吸收以及较高的三阶非线性,它是红外光学器件微型化与集成化的重要载体。飞秒激光诱导透明硫系薄膜改性广泛应用于光流控芯片、红外微腔激光器、三维光子晶体等红外微纳结构与器件的制备领域。然而,由于飞秒激光诱导后薄膜参数尤其是折射率的测试与表征困难,目前尚未掌握硫系薄膜改性与激光参数控制之间关系以及薄膜改性机理,这导致在硫系薄膜上利用飞秒激光加工高精度的微纳光器件仍然面临挑战。针对上述问题本文综合设计了飞秒激光诱导、薄膜参数的测试与表征方案。开发了完备的技术,包括薄膜的透射谱测试与滤波、薄膜透过率校准以及薄膜折射率的高精度计算。理论上,提出了使用分段滤波方法获取光滑而又准确的透射光谱曲线,开发了平移匹配法校准透过率大小,分析了在分段滤波及透过率校准后薄膜折射率的计算精度。结果表明:优化后的薄膜折射率计算精度优于0.5%。实验上,本文分别研究了飞秒激光诱导Ge20和Ge28薄膜改性,获得了薄膜各个光学参数变化之间的关系,并利用显微拉曼光谱分析了薄膜改性机理。结果表明:Ge20薄膜在诱导后出现了光膨胀和折射率降低,且它们之间呈现线性关系,诱导后玻璃内部连通性降低;Ge28薄膜在激光诱导后出现了周期性的折射率分布,周期性折射率改变量随着激光功率密度增大而增大,诱导后薄膜内部缺陷减少,由亚稳态趋向于稳定状态。