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La/K组分比对飞秒激光诱导元素重分布法制备磷酸盐玻璃波导性能的影响

DOI：10.3390/ma13061275 期刊：Materials 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 通过高重复频率飞秒激光照射对玻璃成分进行局部改性是制造光子器件的一种有效方法。近期研究表明，在含La?O?和K?O助熔剂的磷酸盐玻璃中，飞秒激光直写技术已成功制备出折射率对比度(?n)超过10?2的波导。这种显著的折射率差异源于导光区镧元素的局部富集及钾元素的相应耗竭。本研究探讨了初始玻璃成分对不同La/K浓度磷酸盐样品中飞秒激光诱导元素重分布(FLIER)所制波导性能的影响。基于未处理样品的折射率测量，我们分析了各玻璃组分对电子极化率的贡献，并据此估算实验测得激光写入导光结构局部成分变化所产生的预期折射率对比度。这些理论值与近场导模图像获得的实测数据高度吻合。由此，我们建立了针对特定玻璃成分，通过FLIER工艺预先估算飞秒激光写入波导预期折射率对比度的方法。研究结果强调：在计算FLIER过程导致的预期折射率变化时，必须考虑所有迁移组分对极化率的综合贡献。
作者： Pedro Moreno-Zarate，Julia Atienzar，Marina Garcia-Pardo，Paloma Fernandez，Rosalia Serna，Javier Solis，Francisco Mu?oz，Belen Sotillo，Manuel Macias-Montero
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究初始玻璃成分对不同镧和钾浓度的磷酸盐样品中飞秒激光诱导元素重分布（FLIER）法制备波导性能的影响。

研究成果

该研究表明，通过考虑FLIER过程中所有相关物种对局部极化率的贡献，利用FLIER方法预测给定玻璃组分的飞秒激光写入波导的预期折射率对比度是可行的。研究强调了初始玻璃组分对确定波导性能的重要性，并指出即使在初始La2O3含量低至2 mol·%的样品中，也能制备出折射率对比度接近10?2的波导。

研究不足

该研究仅限于含La2O3和K2O助熔剂的磷酸盐基玻璃。FLIER过程的复杂性（包括强烈的温度梯度、对流通量、等离子体及非线性传播效应）为该现象增添了高度复杂性。不同物质定向迁移的确切机制尚未完全明确。

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