飞秒激光诱导二氧化钛金红石晶体相变和纳米结构自组织生长

摘要

利用近红外飞秒强激光辐照二氧化钛金红石晶体表面，利用显微激光拉曼光谱仪研究飞秒激光脉冲诱导二氧化钛金红石所引起的相变规律。rn 实验发现当激光的平均功率为300mW时，随着辐照时间的增加，金红石相的Eg模式强度增强，而A1g模式强度减弱，出此得出激光诱导晶体产生了色心；辐照时间为10s时，钛矿相出现；并且随着辐照时间的增加，锐钛矿相的拉曼振动模式强度增强，金红石相强度减弱。然而当辐照时间确定为1/63s时，随着激光功率的增加，金红石Eg模式强度与A1g模式强度的比值增加，而没有锐钛矿相出现。扫描电镜分析发现在飞秒激光辐照区域自组织生长了周期性纳米光栅结构，其周期与激光参数有关，激光的偏振方向决定了光栅结构取向，形成原因可能是激光光波与反射光波干涉形成的。rn 实验：rn 实验所使用的激光系统是：波长为800nm，脉冲宽度为120fs，重复频率为250kHz(RegA9000，美国相干公司)。从激光器再生放大器中发出激光的平均功率为1.4W，光强分布为高斯分布的线偏振光。飞秒激光被引入显微镜系统中，利用20倍(NA=0.46)显微物镜(0lympus BX51)将激光会聚到TiO2样品表面。通过中性滤色片连续调节激光功率，利用λ/4波片和起偏器调节激光的偏振方向，并通过快门控制激光辐照时间，见图1。使用Invia-plus型显微激光拉曼光谱仪(英国Reinshaw公司)，其中波长为514nm，功率为20mW的氩离子激光器作为激发光源，利用100倍显微物镜聚焦到样品表面，光斑半径大约在1μm；在室温下测量激光辐照前后样品的拉曼光谱。观测的范围在100～900 cm-1。拉曼谱的分辨率小于1cm-1。