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曲阜师范大学本科生科研训练计划项目结题报告书 项目名称 利用飞秒激光在石英晶体中直写光波导 项目组成员 指导教师 李士玲 起止时间 2015.11-2016.12 资助经费 1400元 完成时间 2016.09 成果形式 石英晶体、图像及数据 研究情况总结： 针对该项目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。从理论分析，激光功率越大，扫描的速度越慢，则激光对石英晶体的影响越大。在本次实验中，根据我们的数据，则出现了不同的结果，可见，在我们的实验还有其他的影响因素。 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，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、百度学术、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。 其实通过对表格数据整体分析，我们可以大致得到当功率越大，扫描速度越慢，影响的范围也就越大。但是得到的数据又存在个例，这时候又要考虑其它方面因素，其受影响区域面貌又受脉冲宽度等的影响或者加工平台自身震动。但我们在实验中并未考虑这几点。我们还发现样品在边缘处也就是在刚开始切割的地方影响范围较中间更大我们分析可能是在刚开始切割时，平台还未完全处平衡，震动比较剧烈，所以影响扩大。还有原因就是没有之前或之后的激光脉冲的影响导致了这种情况。还有情况就是中间材料与边缘材料与些许差异，两端经过抛光处理从而使石英晶体的排列出现了差异，或者两端的杂质与空气中的气体发生了反应出现了与中间不同的物质，限于实验条件这些尚未可知。另外可能就是有一些不可避免的误差的存在（利用显微镜来观察受影响区域会存在误差），还会有一些人为造成的误差。关于传输损耗相关研究还在进行之中。 结论：我们通过电子显微镜对微加工的晶体分别在10X、40X倍下对其表面和侧面进行了观察，得到了大量的图像，总结分析得出结论：扫描速度一定时，飞秒激光脉冲能量越高，对微加工区影响范围越大，即加加工线越宽。脉冲能量一定时，扫描速度越慢，能量沉积越多，加工线也越宽。 项目主持人：（签字） 年 月 日 取得成果目录 成 果 名 称 主要完成者 发表刊物（或出版社、鉴定）名称及时间 反响或奖励 经费使用情况： 已花费： 购买二氧化硅晶体 1600元 增添实验必须电器设备 40元 打印资料费 60元 高校学习路费 600元 所在院系审查意见： 负责人签字： （公章） 年 月 日 教务处审核意见：