基于SHG观察的飞秒激光操控玻璃三维析晶及其二阶非线性调控

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51572202
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0201.人工晶体与玻璃材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The optical nonlinear glass was regarded as one kind of important candidate materials and was taken much attention due to its easy fabrication and interegation for all-optical devices, especially the existence of nano-crystals in glasses will induce an enhancement of optical non-linearity,this endues glasses great potential application and attacts much attention in achieving all-optical network optical switching, etc. Indeed, the presence of nano-sized crystals in an otherwise transparent matrix ensures material properties which are quite different from those of the bulk matrix materials. It is strongly dependent on the size, shape, distribution and orientation of the crystalline structure. So it is still under resolved for mastering the nonlienar optical properties according to the crystalline structure. As a result, the new approach, such as ultra-fast laser irradiation, has been proposed as an efficient means to realize the controllable 3D modification in transparent materials. This might become a guide for design and fabrication of nouveal nonlinear optical materials with multifunction. The first of this program is to investigate the variations of nano-crystals embeded SiO2-based glasses under femtosecond laser irradiation which will induce the change of glass structures. The second approach is to realize the controllable 3D crystallization of nano-crystals by adjusting femtosecond laser parameters. We will investigate the variations (size, distribution and orientation) of nano-crystals (BaTiO3, Ba2TiSi2O8, Ba2TiGe2O8) embeded SiO2-based glasses like (BaO-TiO2-(Si,Ge)O2 glass series) by changing femtosecond laser irradiation parameters (polarization, energy, frequency, etc), which will induce the change of crystalline structures. With analyzing the behavior of those nano-crystals, the mechanism of their precipitation and orientation based on the interaction between femtosecond laser and materials, thermodynamics of crystallization in glass, the formaiton and variation of crystalline structure related to glass optical properties will be clarified to get an efficient method to improve the controllable crystallization and non-linear property in SiO2-based glasses. After rationalizing the relationship among intense light fields, nano-stucture in glasses and non-linear properties of bulk glasses, the results of this objective will provide better knowledge in theory and technology for designing and preparing high-performance non-linear glasses for photonic devices like optical switching, which offers the opportunity to manufacture very promising new nonlinear materials for nano-devices and optical elements by manipulating the nano-structural properties of the composite media.
非线性光学玻璃由于易加工与集成等优点成为全光网络器件低成本制备的重要候选材料而倍受关注,尤其含微/纳米粒子玻璃产生非线性增强更是热点,但如何利用微/纳米粒子特性调控玻璃非线性来满足器件使用要求一直未能深入探讨与解决。利用飞秒激光脉冲短、能量高等优点可以操控材料三维空间结构构筑新型多功能光学材料。本项目根据基体玻璃析晶特点,通过飞秒激光辐照操控玻璃三维析晶,改变激光偏振方向、能量及频率等调控粒子大小、形貌、分布、取向等,结合强光与物质之间的相互作用机理以及玻璃成核-析晶等热力学、动力学理论,探讨玻璃中晶粒形成及变化机理,及其对玻璃结构和性能的影响,分析飞秒激光外场诱导-微/纳米粒子变化-玻璃微结构形成-非线性光学性能之间的关系,阐明含微/纳米粒子玻璃二阶非线性增强机理。在此基础上,通过飞秒激光操控三维析晶有效调控玻璃非线性光学性能,制备出高性能非线性光学玻璃并应用于全光开关等光子器件中。

结项摘要

非线性光学玻璃由于制备工艺简单、成本低廉、高透过率、物化性能温度等优点受到越来越多的关注。由于玻璃块体内非线性晶粒微结构的排列可使玻璃显示出各向异性的物理性能。因此,利用外场诱导(热场或飞秒激光强光场)在玻璃内控制析出晶体的晶相、分布、大小以及取向等实现非线性光学性能可控,对于设计及制造新型多功能非线性光学材料有十分重要的指导意义。. 利用传统的高温熔融-淬冷法,选择合适的玻璃组分,制备出了物化性能稳定、紫外-可见波段透过率较高的BaO-TiO2-(Si,Ge)O2玻璃。两者的熔融温度分别是1550 ℃和1250 ℃。分析了不同升温速率下得到的DSC曲线,利用固相反应动力学方程和JMAK方程,得到40BaO-20TiO2-40GeO2玻璃的析晶活化能分别为387 KJ/mol和369 KJ/mol,Avrami指数接近于3。这一结果表明在等温和非等温条件下导出的公式计算的E值差异不大,该组分玻璃的晶化过程为体积晶化。在BaO-TiO2-GeO2玻璃体系中,随着二氧化钛含量的增加,玻璃的吸收系数增加,紫外吸收截止边红移,玻璃转变温度有所增加,T值有所下降。测试结果表明Ge4+离子不随二氧化钛的加入发生配位数的变化,始终以[GeO4]四面体的形式存在于玻璃网络中。Ti4+离子存在[TiO4]和[TiO6]两种不同的微结构单元,并且随着玻璃中二氧化钛含量的增加,部分[TiO4]向[TiO6]转变。. 利用玻璃在外场作用下可以诱导出不同的微观结构,从而制备出不同性能的光学玻璃材料。通过500 kHz的高重复频率飞秒激光成功地在40BaO-20TiO2-40SiO2玻璃内部诱导析出了非线性光学晶体。分析了不同参数的飞秒激光辐照后,在30BaO-15TiO2-55GeO2玻璃内部留下的痕迹。结果表明,写入线的结构受激光的重复频率和脉冲能量的影响较大,而对激光扫描速度的变化不明显。在低重复频率如200 kHz及低脉冲能量如5.0 J以下,可以在玻璃内部得到光滑的亮线,从而在玻璃体内实现激光直写光波导。非线性光学玻璃良好的光学性能等将在光子通信器件,如光开关等,具有很好的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Formation mechanism of apex-truncated octahedral Cu2Omicrocrystal
截顶八面体Cu2O微晶的形成机制
  • DOI:
    10.1039/c6ce01792d
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Crystengcomm
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Sanjun Yang;Qiming Liu
  • 通讯作者:
    Qiming Liu
Poly 3,4-ethylenedioxythiophene and zirconia nanoparticles composite modified sensor for methyl parathion determination
聚3,4-乙撑二氧噻吩和氧化锆纳米颗粒复合修饰传感器用于甲基对硫磷测定
  • DOI:
    10.1016/j.jelechem.2019.113282
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    Journal of Electroanalytical Chemistry
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Houhuang Zhou;Chenhuinan Wei Ju Fang Likang Fu Gang Liu;Qiming Liu
  • 通讯作者:
    Qiming Liu
Post-modification of UiO-66-NH2 by resorcyl aldehyde for selective removal of Pb(II) in aqueous media
间苯二酚醛对 UiO-66-NH2 进行后修饰选择性去除水介质中的 Pb(II)
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2019.05.043
  • 发表时间:
    2019-08-20
  • 期刊:
    JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Fu, Likang;Wang, Shixing;Wen, Sheng
  • 通讯作者:
    Wen, Sheng
Mesoporous silica membranes loaded with Ag or Au nanoparticles and optical nonlinear susceptibilities
负载Ag或Au纳米粒子的介孔二氧化硅膜和光学非线性磁化率
  • DOI:
    10.1016/j.matlet.2017.08.106
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    Materials Letters
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Min Tan;Qiming Liu;Sanjun Yang;Yuzong Gu Baohua Zhu Yawan Cao Yage Gao
  • 通讯作者:
    Yuzong Gu Baohua Zhu Yawan Cao Yage Gao
Ag nanosheets grown on Cu nanowires based flexible films for sensitive non-enzymatic glucose sensors
在基于铜纳米线的柔性薄膜上生长的银纳米片,用于敏感的非酶葡萄糖传感器
  • DOI:
    10.1088/1361-6528/ab59ea
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Nanotechnology
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Chenhuinan Wei;ChenXia Kang;Qiming Liu
  • 通讯作者:
    Qiming Liu

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其他文献

厦门坂头水库扩容对土壤氮磷浸出的模拟试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    水土保持研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄宁;林嘉;黄志勇;蔡旭晖;刘启明;王莹莹
  • 通讯作者:
    王莹莹
沸石覆盖层控制水库底泥氮磷释放的影响因素
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    集美大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄志勇;林嘉;张金丽;成路;沈冰心;刘启明
  • 通讯作者:
    刘启明
生态系统转换区土壤有机质动力学特征的δ~(13)C方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    地球与环境
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘启明;王世杰;朴河春;曹英兰;黄志勇;张亚平
  • 通讯作者:
    张亚平
福建沿海牡蛎重金属含量特征及其在不同组织器官的分布
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    海洋环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘启明;林建清;张亚平;曹英兰;姚雅娴;吴琼;麦婧婧
  • 通讯作者:
    麦婧婧
心房颤动诊断管理指南更新解读
  • DOI:
    10.13201/j.issn.1001-1439.2021.05.018
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    临床心血管病杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林秋珍;韩冰;刘启明
  • 通讯作者:
    刘启明

其他文献

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AI技术路线图

刘启明的其他基金

金属纳米线垂直阵列复合介孔薄膜可控制备及其三阶非线性增强
  • 批准号:
    51272183
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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