第2高調波測定によるガラスの熱高電場処理過程の動的解析

利用二次谐波测量对玻璃热高电场处理过程进行动态分析

• 批准号: 10750493
• 负责人: 紅野 安彦
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10750493/
• 关键词: ガラス; 第2高調波発生; 熱ポーリング; 構造緩和; 酸化物; 分子動力学法; 構造暖和

ガラスは、本来、反転対称性を有することから、2次非線形現象である第2高調波発生(SHG)を示さないが、熱あるいは光による励起を伴った高電場処理により反転対称性を失った状態を誘起、凍結したガラスからSHGが見出されており、熱ポーリング、紫外光ポーリングなどと呼ばれる。本研究は、酸化物ガラスの熱高電場処理過程におけるイオンの動き、ガラス構造の変化、結果として生じるSHG等の現象の関連に着目し、これらの過程におけるダイナミックスを解明することを目的とした。熱ポーリング過程の変化をSHG測定により捉えるため、Nd:YAGレーザー、分光検出器、高電圧電源、ファンクションジェネレーター等から構成される装置を構築した。高電圧直流電源を制御することにより、平板状ガラス試料に周期的な電場(V_<pp>=1-3kV,10mHz)を印加し、同時にMakerフリンジ法によるSHG測定を可能にした。YAGレーザー入射と電場方向の配置について検討した結果、電場に対して垂直な入射方向の場合に、明瞭なフリンジが周期電場に応答することを確認した。当初、市販のソーダライムガラスおよび無アルカリガラス7059(双方とも厚さ約1mm)を試料とすることにより、最適な測定の条件を設定できたが、比較的大きな非線形性が期待できるテルライト系、ビスマス系の酸化物ガラスについては、試料の加工性に問題が生じ、市販ガラスと同様の条件での測定は実現できなかった。ポーリング処理したガラスの表面に微結晶が析出し、SHG活性に寄与することが報告されている。試料表面での電荷層の形成や局所的な構造変化をとらえる目的では、本研究で採用した測定手法に特に問題がないが、結晶化をはじめ不可逆な現象が関与する場合、本装置による測定時間、シグナル強度などに再検討を必要とすることが指摘された。

由于玻璃本来就具有反演对称性，因此不会表现出二次谐波产生（SHG），这是一种二阶非线性现象，但由于伴随着热或光激发的高电场处理，玻璃失去了反演对称性。通过诱导一种称为热极化或紫外光极化的状态在冷冻玻璃中发现。本研究重点关注氧化物玻璃热高电场处理过程中离子运动、玻璃结构变化以及由此产生的二次谐波等现象之间的关系，旨在阐明这些过程的动力学。为了通过SHG测量捕获热极化过程的变化，我们构建了一个由Nd:YAG激光器、光谱探测器、高压电源、函数发生器等组成的装置。通过控制高压直流电源，对平板玻璃样品施加周期性电场（V_<pp>=1-3kV，10mHz），同时使用Maker条纹法进行SHG测量。通过检查 YAG 激光入射和电场方向的排列，我们确认，当入射方向垂直于电场时，清晰的条纹会对周期性电场做出响应。最初，我们能够通过使用市售的钠钙玻璃和无碱玻璃7059（厚度均为约1毫米）作为样品来设定最佳测量条件，但是亚碲酸盐和铋玻璃预计具有相对较大的非线性，对于这种类型的氧化物玻璃，样品的加工性存在问题，并且不可能在与市售玻璃相同的条件下进行测量。据报道，微晶沉淀在极化玻璃表面并有助于二次谐波活性。本研究中为了捕捉样品表面电荷层的形成或局部结构变化而采用的测量方法没有什么特别的问题，但当涉及结晶等不可逆现象时，使用该装置的测量时间可能会增加。有人指出，信号强度等需要重新检查。