文档介绍：科技前沿与学术评论
玻璃在飞秒激光作用下的新现象
姜雄伟朱从善武四新干福熹
(中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800)
摘要:飞秒激光的发展,给玻璃的研究带来了崭新的内容。本文综述了近年来国内外在这方面的
研究进展。主要有光致破坏、光致变色、光致玻璃折射率变化、光致稀土离子价态变化、光致玻璃显
微晶化、光致长磷光产生等。这些现象在高密度光贮存和光波导、光子晶体、三维显示器件、三维光
路的制备以及透明材料的内部雕刻等方面都具有广泛的应用。
关键词:玻璃飞秒激光相互作用
高功率飞秒脉冲激光的发展,使得利用相对较小的台式热破坏;2. 受激布里渊散射激发超声波引起破坏;3. 电子雪
激光设备来获得瞬间高功率成为可能。加上再利用透镜,就崩电离破坏;4. 多光子吸收电离破坏;5. 自聚焦引起的破坏。
能将飞秒激光脉冲会聚于很小的一点,从而在会聚点获得很近年来,由于超短脉冲激光在材料研究中得到了越来越
高的光场强度。例如:先利用 Ti:sapphire 激光系统得到 1μJ , 广泛的应用,所以超短脉冲下透明光学介质的破坏机理也得
100fs 的激光脉冲,接着用透镜把这一激光脉冲会聚于 10 - 5 到了重视[10~16] 。对于透明光学材料,光学破坏可以分为本
cm2 的一点。此时在汇聚点,光能量密度为 0. 1J/ cm2 ,而光功征破坏和杂质破坏两种。在实际的破坏过程中,只有一种机
率密度将高达 1TW/ cm2 (1012W/ cm2 ) 。各种材料,例如半导理起作用的情况很少,多半是几种机理同时起作用,而且各
体、金属、介电材料等,在这种高功率密度激光脉冲的作用种机理之间也是相互联系的。例如:当玻璃在高功率脉冲激
下,将产生许多新的变化现象[1~3] 。光作用下,由于强电场的电致伸缩效应,会引起受激布里渊
现在,脉宽为 100fs ,频率为几赫兹~几千赫兹,单脉冲能散射,产生弹性波,在声光耦合作用下,自聚焦效应会明显增
量为 100μJ~几个 mJ 的商品飞秒激光器已经可以买到。这强。另外,自聚焦效应大大加强了激光强度,为多光子吸收
些高功率飞秒激光器可以广泛地应用于各项科学研究等机理提供了条件,而多光子电离放出大量的能量,又可能
中[4~8] ,包括物理学、化学和生物学,还有电子技术、光子技加强热效应。从上面可以看出,各种机理之间是紧密相连
术和成像技术等。飞秒激光,由于它在科学研究前沿所具有的。当然,在某种特定的条件下,可能是一种机理起着主导
的多重角色,已经成为未来关键技术成功发展的基础,这些的作用,其他则处于辅助或中间的地位。但是,不管这个过
技术包括高速计算机、光纤通讯、生物技术、医学和能源。程如何复杂,破坏的原因多半都是光学材料吸收了激光的能
下面主要介绍了玻璃在飞秒激光作用下所产生的现象。量,由于热膨胀和热应力而导致光学材料破坏。
透明介电材料在高功率激光下的变化,已经得到了广泛二、光致玻璃变色
深入的研究,因为高功率激光系统本身就包含有大量的由透一些系统的玻璃,在低于破坏阈值飞秒激光作用后,虽
明介电材料制成的光学元件,如工作物质,各种透镜,薄膜然不会出现破坏现象,但会出现变暗现象。也就是玻璃在飞
等。这些透明光学元件在高功率激光作用下所发生