项目研究报告.docx
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项目研究报告
项目研究报告
学院名称：
物理工程学院
项目名称：
利用飞秒激光在石英直写光波导
指导教师：
负责人：
小组成员：
前言：
我们决定用本课题《飞秒激光在石英晶体中直写光波导》是在指导老师建议之下，基于指导老师前期对激光扫描速度和脉冲能量对刻写质量的影响的研究，我们进行了探究。
本课题一共历时接近一年的时间。
虽然研究成果不尽完美，但是我们在研究过程中受到了许多启发，在一个具体的实验过程中，可控因素许多，但是不可控制的因素更多，因此在利用实验成果得到结论时，需要综合各方面因素。
项目研究内容：
总的来说，我们在刚开始立项时，目标是利用飞秒激光诱导使光电晶体材料的折射率发生变化来制作光波导从而实现波导激光。
具体研究内容包括：
（1）通过观察刻写线宽度的变化来研究烧蚀情况；
（2）探究影响飞秒激光直写形成光波导的条件（如脉冲能量、扫描速度、重复频率等），进而研究波导特性；
（3）控制可影响因素进而实现光波导形成的优化。
在整个研究过程中，我们也大致是按这个目标进行的，但是也进行了一些调整。
刚开始要探究脉冲能量、扫描速度、重复频率等的影响，后来由于加工平台的限制，我们只控制了激光的功率及扫描速度。
我们利用飞秒激光技术，在功率为10mW、20mW、30mW、40mW、50mW的情况下均对应于相同的一组扫描速度对二氧化硅晶体进行了双线性刻写。
并且，通过电子显微镜对微加工的晶体分别在10X、40X倍下对其表面和端面进行了观察。
在对加工后样品进行分析时，我们主要对样品的一些表面情况进行了分析（如激光对样品表面的影响范围、中间和边缘有什么不同现象、并且我们得到了激光功率越大，样品表面现象就越明显），我们还对样品的传输损耗进行了测量，这一工作正在进行之中。
项目研究历程：
本课题历时一年，在2015.05-2015.09,我们处于准备阶段，这一阶段我们主要收集了资料，在豆丁网、XX学术、知网、道客巴巴、维普等一些网站上下载相关的论文并打印出来小组成员共享，同时我们还初步制定了我们要研究的问题，要控制的变量，以及要改变的范围，希望得出的结论以及实验的原理，还有后续实验我们应该如何操作。
之后小组成员进行讨论，交换意见。
在2015.10-2016.05我们进入了试验阶段，这段时间我们主要是在激光研究所的实验室利用加工平台进行加工，这个过程比较单调。
与此同时还需要极大的耐心和细心，还要进行计算，将我们平时使用的单位制与实验中用到的单位进行转换。
在2016.06-2016.10，我们进入了数据处理阶段，这一阶段我们到实验楼的生物实验室观察我们切割的样品，然后抓图，并对照片进行处理（之后会以成果进行显示），处理完之后，我们将数据进行简单整理，为使其更直观，我们将其放入excel表格中，并且，将部分数据进行了作图处理，以分析其变化趋势。
接下来，我们展示这部分结果。
1、对于晶体的表面，我们测量了激光切割光波导时对晶体影响区域的宽度
（1）a.当扫描速度为300μm/s时，影响区域的宽度随激光功率的变化为：
功率/mw
10
20
30
40
50
第一宽度（μm）
2.45
3.43
6.13
8.09
10.41
第二宽度（μm）
2.33
3.31
6.37
8.82
10.41
平均宽度（μm）
2.39
3.37
6.25
8.46
10.41
在中间时：
在左侧时：
功率/mw
10
20
30
40
50
第一宽度（μm）
14.33
13.11
13.97
10.9
30.02
第二宽度（μm）
10.29
12.13
15.19
12.13
30.63
平均宽度（μm）
12.31
12.62
14.58
11.52
30.33
根据表格数据得到如下图像：
b.当扫描速度为4000μm/s时，影响区域的宽度随激光功率的变化为：
在中间时：
功率/mw
10
20
30
40
50
第一宽度（μm）
2.08
3.43
6.13
8.09
10.41
第二宽度（μm）
2.08
3.31
6.37
8.82
10.41
平均宽度（μm）
2.08
3.37
6.25
8.46
10.41
在左端时：
功率/mw
10
20
30
40
50
第一宽度（μm）
8.58
11.03
9.92
9.92
17.52
第二宽度（μm）
8.62
11.03
11.46
9.92
19.11
平均宽度（μm）
8.60
11.03
10.44
9.92
18.32
根据表格数据得到如下图像：
（2）a.当激光功率为10mw时，影响区域的宽度随扫描速度的变化为：
在中间时：
速度（μm/s）
300
600
1200
2000
2800
3400
4000
4600
5000
第一宽度（μm）
2.45
1.96
1.47
1.10
1.35
1.96
2.08
2.08
2.57
第二宽度（μm）
2.33
2.21
1.35
0.98
1.35
1.84
2.08
1.96
2.70
平均宽度（μm）
2.39
2.09
1.41
1.04
1.35
1.90
2.08
2.02
2.64
在左端时：
速度（μm/s）
300
600
1200
2000
2800
3400
4000
4600
5000
第一宽度（μm）
14.33
11.39
10.29
11.03
12.62
9.07
8.58
8.70
8.09
第二宽度（μm）
10.29
13.48
10.91
10.25
13.60
7.47
6.62
6.62
7.35
平均宽度（μm）
12.31
12.44
10.60
10.64
13.11
8.27
7.60
7.66
7.72
根据表格数据得到如下图像：
b.当激光功率为30mw时，影响区域的宽度随扫描速度的变化为:
在中间时：
速度（μm/s）
300
600
1200
2000
2800
3400
4000
4600
5000
第一宽度（μm）
6.13
5.15
4.04
3.19
3.43
2.70
3.19
2.33
3.19
第二宽度（μm）
6.37
5.27
4.41
3.68
2.94
2.54
3.43
2.57
3.31
平均宽度（μm）
6.25
5.21
4.23
3.44
3.19
2.62
3.31
2.45
3.25
在左端时：
速度（μm/s）
300
600
1200
2000
2800
3400
4000
4600
5000
第一宽度（μm）
13.97
11.27
9.80
8.82
10.41
11.15
9.92
8.94
8.82
第二宽度（μm）
15.19
12.74
12.37
8.70
9.07
11.76
11.64
7.72
8.21
平均宽度（μm）
14.58
12.01
11.09
8.76
9.74
11.46
10.78
8.33
8.52
根据表格数据得到如下图像：
2、对于晶体的端面，我们测量了激光打入晶体内部的深度
（1）a.当扫描速度为300μm/s时，打入的深度随激光功率的变化为：
功率/mw
10
20
30
40
50
第一宽度（μm）
74.25
145.19
186.96
161.97
175.2
第二宽度（μm）
73.14
127.17
178.39
159.46
175.2
平均宽度（μm）
73.70
136.18
182.68
160.72
175.20
打入点距晶体表面的距离（即激光聚焦的焦点）为：
功率/mw
10
20
30
40
50
第一宽度（μm）
244.92
184.27
129.63
158.66
110.76
第二宽度（μm）
247.79
190.52
132.2
135.75
110.76
平均宽度（μm）
246.36
187.40
130.92
147.21
110.76
根据表格数据得到如下图像：
b.当扫描速度为4000μm/s时，
打入的深度随激光功率的变化为：
功率/mw
10
20
30
40
50
第一宽度（μm）
47.54
98.14
139.06
164.3
185.98
第二宽度（μm）
48.27
98.63
137.1
146.17
173.61
平均宽度（μm）
47.91
98.39
138.08
155.24
179.80
打入点距晶体表面的距离（即激光聚焦的焦点）为：
功率/mw
10
20
30
40
50
第一宽度（μm）
259.5
206.08
169.08
129.5
106.1
第二宽度（μm）
259.62
209.14
167.48
146.53
110.76
平均宽度（μm）
259.56
207.61
168.28
138.02
108.43
根据表格数据得到如下图像：
（2）a.当激光功率为10mw时，
打入的深度随激光功率的变化为：
速度（μm/s）
300
600
1200
2000
2800
3400
4000
4600
5000
第一宽度（μm）
74.25
82.23
80.25
53.42
48.52
52.56
47.54
44.47
44.72
第二宽度（μm）
73.14
78.9
76.7
49.99
45.82
49.99
48.27
44.41
44.6
平均宽度（μm）
73.70
80.57
78.48
51.71
47.17
51.28
47.91
44.44
44.66
打入点距晶体表面的距离（即激光聚焦的焦点）为：
速度（μm/s）
300
600
1200
2000
2800
3400
4000
4600
5000
第一宽度（μm）
244.92
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