Механизмы формирования и свойства поляризованных нано- и микроструктур в оксидных стеклах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Решетов Илья Валентинович

• Решетов Илья Валентинович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Решетов Илья Валентинович

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Полинг стекол

1.1.1 Методы полинга стекол

1.1.2 Влияние полинга на состав и структуру стекол

1.1.3 Общая модель полинга стекол

1.2 Методы исследования поляризованных стекол

1.2.1 Элементный анализ

1.2.2 Анализ генерации второй гармоники

1.2.3 Анализ релаксационных процессов в поляризованных стеклах

1.2.4 Структурный анализ

1.2.5 Анализ химической устойчивости

1.3 Прикладное использование полинга стекол

1.3.1 Фазовые и амплитудные структуры

1.3.2 Волноводы

1.3.3 Активные оптические элементы

1.3.4 Поверхностное профилирование

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Механизмы термической релаксации в силикатных стеклах, подвергнутых полингу

2.2 Механизмы генерации второй гармоники в силикатных стеклах, подвергнутых полингу

2.3 Сравнение механизмов генерации второй гармоники в силикатном и баритовом стеклах, подвергнутых полингу

2.4 Диэлектрические свойства силикатного стекла, подвернутого полингу

2.5 Кристаллизация силикатных и фосфатных стекол,

подвергнутых полингу ниже температуры стеклования

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Механизмы формирования и свойства поляризованных нано- и микроструктур в оксидных стеклах»

Актуальность проблемы

Не будет преувеличением сказать, что сегодня стекла находятся в списке материалов, без которых невозможно себе представить развитие современной науки и техники, благодаря целому ряду их свойств. Стекла сравнительно просты и дешевы в производстве, они могут быть получены в больших объемах, их можно вытянуть и прессовать, они просты в механической обработке, могут иметь нестехиометрический состав, что позволяет прецизионно контролировать почти все их свойства (физические, химические, оптические, механические, термические, электрические, и др.), они имеют низкие оптические потери в широкой полосе пропускания, стекла служат удобной основой (матрицей) для композитных материалов (с квантовыми точками, металлическими наночастицами и др.), по своей природе являются твердыми электролитами, что позволяет с помощью ионного обмена создавать градиентные оптические среды (граданы и интегрально-оптические чипы), стекла лежат в основе современных волоконных технологий, стекла, активированные ионами редкоземельных металлов, используются как рабочее тело твердотельных лазеров, и т.д. и т.п. С другой стороны, как известно, стекла изотропны, поэтому в них не наблюдаются пьезо-, сегнето- и пироэлектрические эффекты, а также электрооптический эффект Поккельса и нелинейно-оптические свойства (например, генерация второй оптической гармоники). Вследствие этого стекла не могут быть использованы в большинстве оптоэлектронных, нелинейно-оптических и других фотонных устройств. Несомненно, это их свойство, т.е. изотропность, следовало бы отнести к недостаткам стеклообразных материалов. Однако уже в конце ХХ века ситуация изменилась, а именно, было установлено, что в многокомпонентных оптических стеклах может быть создана искусственная анизотропия [1], и это открыло возможность применения стекол в электрооптических и нелинейно-оптических фотонных элементах. Нелинейные оптические свойства стекол с искусственной

анизотропией были описаны в 1986 году Остербергом и Маргулисом [2], которые обнаружили эффективную генерацию второй гармоники (ГВГ) в силикатных оптических волокнах после облучения их лазерным светом. В 1991 году, Майерс и соавторы обнаружили, что относительно большая оптическая нелинейность второго порядка может быть создана в силикатных стеклах методом термического полинга [3]. Позже были исследованы и другие эффекты, связанные с нарушением изотропии стекол, в частности, электрооптический эффект Покельса [4], генерация кратных, суммарных и разностных гармоник [5; 6; 7] и др. В принципе, электрооптические и нелинейно-оптические свойства модифицированных стекол открывают возможность их использования в различных активных оптических элементах, например, в частотных преобразователях, линейных электрооптических модуляторах, оптических переключателях, монолитно интегрированных в оптоволокно или оптический волновод [8; 9], и многое другое.

Изучение нелинейно-оптических свойств модифицированных полингом стекол повлекло за собой исследования изменений других свойств, уже не связанных с искусственной анизотропией, а именно: изменение физико-химических и химических свойств [10], изменение показателя преломления, что было использовано для формирования градиентных нано- и микрооптических структур [11], дифракционных решеток [12], для импринтинга фазовых и поверхностных паттернов в стекла [13]. Было обнаружено, что полинг приводит к растворению металлических наночастиц, внедренных в стекла [14]. Здесь перечислены не все свойства, которые изменяются при поляризации стекол; мы ограничились только некоторыми, достаточными чтобы читатель мог составить общую картину и масштабы происходящего при поляризации стекол. Другие свойства будут рассмотрены подробно ниже. Отметим, что выявление физических механизмов, приводящих к разрушению изотропии стекол, представляет значительный фундаментальный интерес.

В данной работе большое внимание уделено изучению генерации второй гармоники (ГВГ) в приповерхностных слоях поляризованных стекол толщиной,

начиная от нескольких десятков нанометров и выше (до микрометров). В настоящее время ГВГ находит применение в индустрии лазерных технологий для преобразования ближнего ИК излучения в видимую область (в частности, создания 532 нм излучения от источника световых волн с длиной волны 1064 нм). Также явление ГВГ используется при измерении ультракоротких импульсов и в ГВГ-микроскопе, который получил широкое распространение в биологии и медицине [15; 16].

Однако сегодня не существует однозначного понимания физических и химических процессов, происходящих при полинге стекол. Выявление этих механизмов представляется актуальным и имеет фундаментальный интерес. В данной работе большое внимание уделено изучению генерации второй гармоники (ГВГ) в приповерхностных слоях поляризованных стекол толщиной, начиная от нескольких десятков нанометров и выше (до микрометров). Такие исследования могли бы расширить наши знания о происходящих при полинге процессах.

Цель и задачи работы

Цель работы - выявление и изучение физико-химических механизмов формирования поверхностных нано- и микрослоев, модифицированных с помощью высокого постоянного электрического поля, демонстрирующих оптические свойства анизотропных кристаллов и другие свойства, отличные от свойств материнского стекла, что должно стать основой для технологий производства новых стеклообразных элементов для фотоники и оптоэлектроники.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Определение количества присутствующих в стекле типов релаксаторов (полярных структур и носителей заряда), ответственных за процессы зарядопереноса при полинге стекла;

2. Выявление механизмов формирования поверхностных нано- и микрообластей, генерирующих вторую оптическую гармонику при полинге стекол;

3. Исследование диэлектрических свойств приповерхностных нано- и микрослоев стекол, подвергнутых полингу;

4. Исследование процессов кристаллизации нано- и микрослоев, происходящих при полинге стекол ниже температуры стеклования.

Методология исследования

Формирование поверхностных областей, демонстрирующих отличные от исходного стекла свойства, включая нелинейные оптические свойства, осуществлялось методами термического полинга, полинга в коронном разряде, а также методом электронно-лучевой имплантации.

Исследования свойств полученных образцов проводились методами термоактивационной спектроскопии (измерение токов деполяризации при линейном нагреве поляризованных образцов), диэлектрической спектроскопии, спектроскопии оптического поглощения, рамановской спектроскопии, рентгенофазового анализа, масс-спектрометрии вторичных ионов, а также методом полос Мейкера (измерение зависимости интенсивности генерации второй гармоники от угла падения луча накачки основной гармоники).

Положения, выносимые на защиту

1. Зарядоперенос (ток поляризации) при полинге многокомпонентного силикатного стекла связан не только с электродиффузией одновалентных и двухвалентных катионов, но и с дрейфом и ориентацией проникших из атмосферы при полинге дипольных молекулярных структур, в частности молекул воды (Н2О), ионов водорода (Н+) и/или гидрония (Н3О+), и др.

2. Три механизма релаксации заряда (деполяризации) в поляризованных стеклах: а) разориентация дипольных структур (энергия активации < 1 эВ), б) обратная диффузия подвижных катионов стекла (энергия активации 1-2 эВ), в) дрейф одновалентных и двухвалентных катионов под действием «замороженного» электрического поля с вовлечением механизма вязкого течения (энергия активации ~4 эВ).

3. Превалирующим механизмом формирования поверхностных слоев, демонстрирующих генерацию второй оптической гармоники в многокомпонентных силикатных стеклах, подвергнутых полингу, является

ориентация дипольных молекул (воды и гидрония), проникших в стекло из воздушной атмосферы.

4. Эффект усиления сигнала второй оптической гармоники более чем в 10 раз с помощью вторичного низкотемпературного полинга стекла, предварительно подвергнутого термическому (высокотемпературному) полингу.

5. Диэлектрические характеристики образцов многокомпонентных силикатных стекол, подвергнутых полингу, полностью определяются диэлектрическими характеристиками поверхностного модифицированного слоя. Расчет этих характеристик можно проводить по упрощенной модели стекла, подвергнутого полингу, в виде одной ЯС цепи.

6. Полинг силикатных и фосфатных стекол позволяет формировать поверхностные стеклокерамические слои с размерами кристаллитов порядка нескольких десятков нанометров при температурах ниже температуры стеклования.

Личное участие автора

Автор лично участвовал в постановке цели и задач работы, подготовке материалов, проведении теоретической и экспериментальной работы. Он выполнил анализ и обобщение результатов проведенных экспериментальных исследований. Диссертант принял непосредственное участие в подготовке и написании статей, а также докладов и выступлений на семинарах и конференциях.

Достоверность полученных результатов

В работе использованы современные методы исследования и исследовательское оборудование. Достоверность полученных результатов определяется также использованием аттестованного в установленном порядке исследовательского оборудования, а также стандартизованными методами испытания и исследования.

Научная новизна

Идентифицированы механизмы термической релаксации

многокомпонентных силикатных стекол, подвергнутых термическому полингу, в широком интервале температур (от -150 до 750 °С).

Показано, что превалирующий механизм формирования областей, демонстрирующих генерацию второй оптической гармоники в силикатном стекле, связан с ориентацией дипольных структур (воды и гидрония, проникших в стекло из атмосферы) под действием электрического поля в процессе полинга.

Впервые в мире обнаружено, что вторичный (низкотемпературный) полинг, позволяет увеличить эффективность генерации второй гармоники в уже поляризованных стеклах более чем в 10 раз.

Предложена и обоснована физическая модель многокомпонентного стекла, подвергнутого термическому полингу, в виде одной RC цепи, объясняющая его диэлектрические свойства.

Впервые обнаружено, что высокое постоянное электрическое поле может стимулировать кристаллизацию силикатных и фосфатных стекол ниже температуры стеклования.

Практическая значимость работы

Практическая значимость работы состоит в выявлении и изучении физико-химических механизмов формирования поверхностных нано- и микрослоев, модифицированных с помощью высокого постоянного электрического поля и демонстрирующих свойства анизотропных кристаллов, а также других их физических и химических свойств, отличных от свойств материнского стекла.

Знание этих механизмов позволит проводить адекватное моделирование физических процессов, происходящих при полинге стекол, что станет основой для разработки и оптимизации технологических режимов производства новых стеклообразных элементов для фотоники и оптоэлектроники методом полинга.

Апробация работы

Результаты работы были представлены на следующих конференциях: 1. 5th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics,

Engineering and Nanostructure «OPEN», Санкт-Петербург, Россия, 2-5 апреля

2018.

2. 6th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructure «OPEN», Санкт-Петербург, Россия, 22-25 апреля 2019.

3. 7th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructure «OPEN», Санкт-Петербург, Россия, 27-30 апреля 2020.

4. Всероссийская конференция «Неделя науки ИФНиТ», Санкт-Петербург, Россия, 16-20 ноября 2020.

5. XV Международная конференция «Прикладная оптика-2022», Санкт-Петербург, Россия, 15-16 декабря 2022.

6. Всероссийская конференция «Неделя науки Физмех», Санкт-Петербург, Россия, 3-7 апреля 2023.

Статьи в журналах, опубликованные автором по теме диссертации

1. Study of charge relaxation in poled silicate glasses / D. V. Raskhodchikov, I. V. Rehsetov, D. K. Tagantsev [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. Institute of Physics Publishing. - 2018. Vol. 1124. - № 5 - P. 051026 (Scopus).

2. Second harmonic generation and charge relaxation of poled glasses / I. V. Reshetov, V. P. Kaasik, A. A. Lipovskii, D. K. Tagantsev // Journal of Physics: Conference Series. - 2019. - Vol. 1410. - № 1. - P. 012148 (Scopus).

3. Modifications of poled silicate glasses under heat treatment / A. V. Redkov, V. G. Melehin, D. V. Raskhodchikov [et al.] // Journal of Non-Crystalline Solids. -2019. - Vol. 503-504. - P. 279-283 (Scopus).

4. To the issue of the second harmonic generation in poled silicate glasses / I. V. Reshetov, V. P. Kaasik, A. A. Lipovskii, D. K. Tagantsev // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - Vol. 1695. - № 1. - P. 012131 (Scopus).

5. Thermal relaxation of optical nonlinearity in poled glasses / I. V. Reshetov, V. P. Kaasik, A. A. Lipovskii [et al.] // St. Petersburg State Polytech University Journal. Physics and Mathematics. - 2020. - Vol. 13. - № 4. - P. 82-87 (Scopus).

6. Mechanism of Thermal Charge Relaxation in Poled Silicate Glasses in a Wide Temperature Range (From Liquid Nitrogen to Glass Melting Temperature) / D.

Raskhodchikov, I. Reshetov, P. Brunkov [et al.] // Journal of Physical Chemistry B. - 2020. - Vol. 124. - № 36. - P. 7948-7956 (Scopus).

7. Control of soda-lime glass surface crystallization with thermal poling / A. Dergachev, V. Kaasik, A. Lipovskii [et al.] // Journal of Non-Crystalline Solids. -

2020. - Vol. 533. - P. 119899 (Scopus).

8. Crystallization of Niobium Alkali-Silicate Glasses Under Thermal Poling / I. Reshetov, V. Zhurikhina, D. Tagantsev [et al.] // Proceedings of the 2021 International Conference on Electrical Engineering and Photonics, EExPolytech

2021. - IEEE, 2021. - P. 161-163 (Scopus).

9. Crystallization of K2O-TiO2-SiO2 glass below glass transition by poling / A. A. Lipovskii, V. G. Melehin, A. V. Redkov [et al.] // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2021. - Vol. 571. - P. 121081 (Scopus).

10. SHG in Micron-Scale Layers of Glasses: Electron Beam Irradiation vs. Thermal Poling / I. Reshetov, V. Kaasik, G. Kan [et al.] // Photonics. - 2022. - Vol. 9. - № 10. - P. 733 (Scopus).

11. Peculiar electric properties of polarized layer in alkaline silicate glasses / E. Koroleva, I. Reshetov, E. Babich [et al.] // Journal of the American Ceramic Society. - 2022. - Vol. 105. - № 5. - P. 3418-3427 (Scopus).

12. Crystallization of potassium titanosilicate glass under thermal poling using a profiled anode / I. V. Reshetov, A. V. Redkov, Melehin V. G. [et al.] // St. Petersburg State Polytech University Journal. Physics and Mathematics. - 2022. -Vol. 55. - № 1. - P. 30-40 (Scopus).

13. Giant Enhancement of Optical Second Harmonic in Poled Glasses by Cold Repoling / I.Reshetov, S. Scherbak, D. Tagantsev [et al.] // Journal of Physical Chemistry Letters. - 2022. - Vol. 13. - № 25. - P. 5932-5937 (Scopus).

14. Controlling the sign and magnitude of the nonlinear susceptibility of poled glasses at room temperature / I. Reshetov, S. Scherbak, G. Kan [et al.] // Journal of Material Science. - 2023. - Vol. 58. - № 29. - P. 11859-11871 (Scopus).

15. The Influence of Phosphate Glass Structure on Results of Thermal Poling / A. V.

Shavlovich, I. V. Shavlovich, I. V. Reshetov., D. K. Tagantsev [et al.] // Journal

of Physics: Condensed Matter. - 2024. - Vol. 36. - P. 21LT01 (Scopus).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованных источников. Общий объем составляет 108 страниц, включая 66 Рисунков, 3 Таблицы, список использованных источников содержит 141 наименование.

Во Введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи научных исследований, изложена новизна, теоретическая и практическая значимость работы, сформулированы основные защищаемые положения.

Первая глава диссертации содержит литературный обзор по теме исследований. Рассмотрены методы полинга стекла, процессы, протекающие в стекле при полинге, а также дано их теоретическое описание. Представлены различные методы, при помощи которых проводятся исследования стекол, подвергнутых полингу. Также приведен обзор прикладных аспектов использования полинга стекол.

Вторая глава диссертации содержит экспериментальные результаты, полученные в диссертационной работе. В частности, проведена идентификация всех существующих релаксаторов в силикатном стекле, подвергнутом полингу, исследованы механизмы генерации второй оптической гармоники в силикатных и баритовых стеклах, изучены диэлектрические свойства силикатных стекол, подвергнутых полингу, а также обнаружен эффект кристаллизации силикатных и фосфатных стекол при полинге ниже температуры стеклования.

В заключении обобщены основные результаты диссертационной работы.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Полинг стекол

В настоящем обзоре обсуждаются существующие методы и типы поляризации стекол, диагностику изменений, произошедших после полинга, физические модели процесса полинга и возможные (и уже имеющиеся) применения полинга для создания фотонных и других структур.

Полинг (англ. термин poling) - это обобщенное название разнообразных методов воздействия на диэлектрическую среду с помощью высокого электрического поля. Сюда относятся фотоиндуцированный полинг, полинг ультрафиолетом, полинг у-илучением, полинг инфракрасным излучением, полинг электронно-лучевой имплантацией, полинг протонной имплантацией, термический полинг и полинг в коронном разряде. Рассмотрим эти виды полинга по-отдельности.

1.1.1 Методы полинга стекол

Фотоиндуцированный полинг, или по-другому оптический полинг, стекол был впервые применен в 1981 году Сасаки и Омори для создания оптической нелинейности второго порядка в германосиликатных волокнах [7]. Затем в 1986 году Остерберг и Маргулис обнаружили, что эффективная ГВГ может быть индуцирована в силикатных волокнах, легированных германием, при помощи длительного облучения твердотельным лазером на основе иттрий-алюминиевого граната (Nd:YAG), генерирующего импульсы излучения с длиной волны 1064 нм [2]. Однако индуцируемая таким методом нелинейная диэлектрическая

восприимчивость второго порядка Х~2) мала относительно других методов полинга и обычно не превышает ~10-3 пм/В.

Год спустя Столен и Том показали, что если инфракрасный свет вводят в волокно совместно со светом удвоенной частоты (т.е. с его второй гармоникой), то время полинга сокращается до 5 минут [17]. С этого времени оптическая нелинейность второго порядка была продемонстрирована в различных волокнах [18] и некоторых объемных стеклообразных системах, например, в промышленных силикатных стеклах и в стеклах, легированных полупроводниковыми материалами [19]. На Рисунке 1.1 приведена схема оптического полинга, использованная в последней работе.

Рисунок 1.1 - Конфигурация процесса оптического полинга в стекле, легированном микрокристаллическими полупроводниковыми материалами: Р1 и Р2 - поляризаторы, Ы и Ь2 - десятисантиметровые линзы, £ - образец стекла, ВР¥ - 532 нм. полосовой интерференционный фильтр, РМТ - фотоэлектронный умножитель [19]

Полинг ультрафиолетом, или сокращенно УФ полинг, был впервые реализован Фудживарой с соавторами в 1995 году [20]. В своей новаторской работе Фудживара с группой сотрудников обнаружили, что усиленный электрооптический эффект может быть индуцирован в силикатных волокнах, легированных германием, если их облучать наносекундными импульсами ультрафиолетового света с длиной волны 193 нм в присутствии электрического поля напряженностью больше 800 кВ/см. Позже Фудживара сообщил о создании в кварцевом стекле, высоколегированном германием (15,7 мол. %), нелинейной диэлектрической восприимчивости второго порядка Х2) равной 6,8 пм/В [21]. На Рисунке 1.2 приведена схема УФ полинга, использованная в этой работе. Кроме УФ полинга использовались и другие смежные методы увеличения оптической

нелинейности второго порядка в стеклах. В частности, воздействие на стекла гамма излучением [22] или излучением инфракрасного фемтосекундого лазера [23] показали хорошие результаты.

Рисунок 1.2 - Конфигурация процесса УФ полинга в кварцевом стекле, легированном

германием [21]

Полинг электронно-лучевой имплантацией используется для создания оптической нелинейности второго порядка путем внедрения зарядов в процессе экспозиции стекла в низкоэнергетичном (—1-10 кэВ) электронном пучке. Впервые этот метод был успешно применен Казанским с группой сотрудников к свинцово-силикатному стеклу [24]. В опыте был задействован сканирующий электронный микроскоп для облучения образца электронным пучком шириной 0,5 мкм в течение 1 мин. Было обнаружено, что эффективность ГВГ возрастает как при увеличении энергии электронного пучка, так и при увеличении электронного-лучевого тока. Результирующая нелинейная диэлектрическая восприимчивость второго порядка /(2) составила —0,7 пм/В. На Рисунке 1.3 приведена схема электронно-лучевой имплантации, использованная в этой работе.

С рассмотренным методом принципиально смежен метод полинга протонной имплантацией, который подразумевает внедрение зарядов в стекло путем его бомбардировки протонным пучком. Эта технология была

продемонстрирована Генри и группой сотрудников [25]. При минимальной дозе облучения в 0,25-0,5 мКл была индуцирована нелинейная диэлектрическая восприимчивость второго порядка Х2) около 1,0 пм/В.

Рисунок 1.3 - Конфигурация процесса электронно-лучевой имплантации в свинцово-

силикатном стекле [24]

Термический полинг - это широко распространенный и простой способ создания оптической нелинейности второго порядка в стеклах. Стандартный процесс заключается в нагреве стекла до температур около ~300 °С и приложении к нему высокого, постоянного, электрического поля порядка ~107 В/м с помощью двух плоских электродов. После достаточного промежутка времени (около 30 мин) образец охлаждают до комнатной температуры и затем снимают внешнее напряжение. Впервые эта технология была продемонстрирована Майерсом с группой сотрудников в 1991 году для создания большой оптической нелинейности второго порядка в объеме кварца [3]. Индуцированная нелинейная диэлектрическая восприимчивость второго порядка /(2) составила 1,0 пм/В. На Рисунке 1.4 приведена схема термического полинга, использованная в этой работе. Благодаря своей относительной простоте и значительному результирующему эффекту этот метод быстро распространили и на другие оксидные и халькогенидные стекла [26].

Рисунок 1.4 - Конфигурация процесса термического полинга силикатного стекла [22]

Другой смежный с термическим полингом метод называют полингом в коронном разряде (или коронным полингом). Он отличается от рассмотренного выше процесса только способом приложения к образцу электрического поля. В нескольких миллиметрах над стеклом помещают металлическую иглу и прикладывают к ней потенциал порядка —5 кВ относительно второго, плоского, заземленного электрода. Коронный полинг обычно проводится при температурах около —200 °С. Впервые описанный метод был применен к боросиликатным стеклам Окадой с группой сотрудников [27]. Индуцированная нелинейная диэлектрическая восприимчивость второго порядка х(2) составила 1,0 пм/В. На Рисунке 1.5 приведена схема коронного полинга, использованная в этой работе.

Рисунок 1.5 - Конфигурация процесса коронного полинга боросиликатного стекла [9]

Как уже неоднократно отмечалось, метод термического полинга представляет наибольший практический интерес и используется наиболее часто, поэтому в последующих главах речь в основном будет идти именно об этом методе.

1.1.2 Влияние полинга на состав и структуру стекол

Компоненты оксидных стекол принято разделять на стеклообразователи, которые формируют прочную ковалентную матрицу, состоящую из их оксидов (для подавляющего числа стекол это оксиды кремния, германия, фосфора, бора и мышьяка), и модификаторы (ионы-модификаторы), связанные с матрицей стекла через немостиковый кислород (-О-) более слабыми ионными связями (например, щелочные ионы №+, Li+, ^ или щелочноземельные ионы Mg+2, Ca+2). Ионы-модификаторы мы будем называть катионами. В результате теплового движения происходит диссоциация связей катионов с немостиковыми кислородами, поэтому в таких стеклах всегда присутствуют свободные катионы (носители заряда). Подвижность катионов подчиняется Аррениусовской функции от температуры:

д~ехр (-■^-рХ (1.1)

где л - подвижность катиона, Ж - энергия активации катиона, кв - постоянная Больцмана, Т - температура.

Поэтому процесс термического полинга проводят при повышенной температуре (200-300 °С). После нагрева к стеклу прикладывают постоянное электрическое поле, под действием которого катионы смещаются в сторону отрицательного катодного электрода, образуя в приповерхностной области стекла под анодным электродом нано- или микрослой, обедненный катионами. После охлаждения

поляризованного образца стекла до комнатной температуры в присутствии постоянного электрического поля обратного движения катионов уже происходить не может из-за слишком низкой температуры, т.е. подвижности катионов.

При самом общем рассмотрении пространственное перераспределение зарядов приводит к возникновению в стекле «замороженного» электрического поля Бас порядка —108 В/м [28]. Благодаря нелинейной восприимчивости третьего порядка это электрическое поле индуцирует нелинейную восприимчивость второго порядка Х2) согласно формуле [17; 29]

= 3 Х(3)Еас. (1.2)

С другой стороны, в стеклах присутствуют различные образования, способные поляризоваться, например, дипольные структуры, дефекты или нанокристаллиты [30]. Ориентирование этих образований под действием электрического поля в процессе полинга приводит к появлению постоянного объемного дипольного момента в стекле. В этом случае индуцируется макроскопическая нелинейная восприимчивость второго порядка х(2) согласно формуле [3; 31]

Х(2)=1^Еас> (1.3)

где N - концентрация поляризуемых образований, р - постоянный дипольный момент, в - гиперполяризуемость, кв - постоянная Больцмана, Т - температура.

Описанные изменения схематично изображены на Рисунке 1.6. Однако до сих пор обсуждается, какой из указанных механизмов превалирует.

В процессе термического полинга на электродах происходят окислительно -восстановительные реакции. Например, в натриево-силикатных стеклах на катоде катионы №+ восстанавливаются, образуя в итоге метасиликат натрия Ка20-ЗЮ2-пН20, если полинг проводится при открытой конфигурации электродов (контакт электродов со стеклом осуществляется простым прижимом, что

подразумевает доступ воздуха к месту контакта) [32]. Катионы натрия №+, получив электрон из катода, сначала восстанавливаются до атомарного состояния. Затем эти атомы натрия окисляются молекулами кислорода из окружающей атмосферы, образуя оксид натрия №20, который, в свою очередь, превращается в гидроксид натрия №0И в реакции с молекулами водяных паров из воздуха. Наконец гидроксид натрия взаимодействует с диоксидом кремния БЮ2 на катодной поверхности стекла, формируя метасиликат натрия. Все эти процессы можно обобщить следующей схемой:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Решетов Илья Валентинович, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Gan, F. Photonic glasses / F. Gan, L. Xu. - WORLD SCIENTIFIC, 2006. - 1448 p.

2. Osterberg, U. Dye laser pumped by Nd:YAG laser pulses frequency doubled in a glass optical fiber / U. Osterberg, W. Margulis // Optics Letters. - 1986. - Vol. 11. -№ 8. - P. 516-518.

3. Myers, R. A. Large second-order nonlinearity in poled fused silica / R. A. Myers, N. Mukherjee, S. R. J. Brueck // Optics Letters. - 1991. - Vol. 16. - № 22. - P. 17321734.

4. Long, X.-C. Measurement of the linear electro-optic coefficient in poled amorphous silica / X.-C. Long, R. A. Myers, S. R. J. Brueck // Optics Letters. - 1994. -Vol. 19. - № 22. - P. 1819-1821.

5. Sum-frequency light generation in optical fibers / Y. Fujii, B. S. Kawasaki, K. O. Hill, D. C. Johnson // Optics Letters. - 1980. - Vol. 5. - № 2. - P. 48-50.

6. New Insights into %(3) Measurements: Comparing Nonresonant Second Harmonic Generation and Resonant Sum Frequency Generation at the Silica/Aqueous Electrolyte Interface / B. Rehl, M. Rashwan, E. L. Dewalt-Kerian [et al.] // Journal of Physical Chemistry C. - 2019. - Vol. 123. - № 17. - P. 10991-11000.

7. Sasaki, Y. Phase-matched sum-frequency light generation in optical fibers / Y. Sasaki, Y. Ohmori // Applied Physics Letters. - 1981. - Vol. 39. - № 6. - P. 466468.

8. Kazansky, P. G. Erasure of thermally poled second-order nonlinearity in fused silica by electron implantation / P. G. Kazansky, A. Kamal, P. S. J. Russell // Optics Letters. - 1993. - Vol. 18. - № 14. - P. 1141-1143.

9. Second-order optical nonlinearity in corona-poled glass films / A. Okada, K. Ishii, K. Mito, K. Sasaki // Journal of Applied Physics. - 1993. - Vol. 74. - № 1. -P. 531-535.

10. Enhancement of mechanical properties and chemical durability of Soda-lime silicate glasses treated by DC gas discharges / M. Chazot, M. Paraillous, S. Jouannigot [et al.] // Journal of the American Ceramic Society. - 2021. - Vol. 104. - № 1. - P. 157166.

11. Long-lived monolithic micro-optics for multispectral GRIN applications / A. Lepicard, F. Bondu, M. Kang [et al.] // Scientific Reports. - 2018. - Vol. 8. - № 1. -P. 7388.

12. Effective diffraction gratings via acidic etching of thermally poled glass / A. N. Kamenskii, I. V. Reduto, V. D. Petrikov, A. A. Lipovskii // Optical Materials. -2016. - Vol. 62. - P. 250-254.

13. Lipovskii, A. A. Imprinting phase/amplitude patterns in glasses with thermal poling / A. A. Lipovskii, V. V. Rusan, D. K. Tagantsev // Solid State Ionics. - 2010. -Vol. 181. - № 17-18. - P. 849-855.

14. Lipovskii, A. A. Electric-field-induced bleaching of ion-exchanged glasses

containing copper nanoparticles / A. A. Lipovskii, V. G. Melehin, V. D. Petrikov // Technical Physics Letters. - 2006. - Vol. 32. - № 3. - P. 275-277.

15. Han, M. Second harmonic generation imaging of collagen fibrils in cornea and sclera / M. Han, G. Giese, J. F. Bille // Optics Express. - 2005. - Vol. 13. - № 15. -P. 5791-5797.

16. Application of second harmonic imaging microscopy to assess structural changes in optic nerve head structure ex vivo / D. J. Brown, N. Morishige, A. Neekhra [et al.] // Journal of Biomedical Optics. - 2007. - Vol. 12. - № 2. - P. 024029.

17. Stolen, R. H. Self-organized phase-matched harmonic generation in optical fibers / R. H. Stolen, H. W. K. Tom // Optics Letters. - 1987. - Vol. 12. - № 8. - P. 585-587.

18. Lawandy, N. M. Observation of seeded second harmonic generation in bulk germanosilicate fiber preforms / N. M. Lawandy, M. D. Selker // Optics Communications. - 1990. - Vol. 77. - № 4. - P. 339-342.

19. Lawandy, N. M. Optically encoded phase-matched second-harmonic generation in semiconductor-microcrystallite-doped glasses / N. M. Lawandy, R. L. MacDonald // Journal of the Optical Society of America B. - 1991. - Vol. 8. - № 6. - P. 1307-1314.

20. Electro-optic modulation in germanosilicate fibre with UV-excited poling / T. Fujiwara, D. Wong, Y. Zhao [et al.] // Electronics Letters. - 1995. - Vol. 31. - № 7.

- P. 573-575.

21. Fujiwara, T. Second-harmonic generation in germanosilicate glass poled with ArF laser irradiation / T. Fujiwara, M. Takahashi, A. J. Ikushima // Applied Physics Letters. - 1997. - Vol. 71. - № 8. - P. 1032-1034.

22. X-ray radiation effects on second-harmonic generation in thermally poled silica glass / A. Kameyama, E. Muroi, A. Yokotani [et al.] // Journal of the Optical Society of America B. - 1997. - Vol. 14. - № 5. - P. 1088-1092.

23. Thermal poling of glass modified by femtosecond laser irradiation / C. Corbari, J. D. Mills, O. Deparis [et al.] // Applied Physics Letters. - 2002. - Vol. 81. - № 9. -P. 1585-1587.

24. Kazansky, P. G. High second-order nonlinearities induced in lead silicate glass by electron-beam irradiation / P. G. Kazansky, A. Kamal, P. S. J. Russell // Optics Letters.

- 1993. - Vol. 18. - № 9. - P. 693-695.

25. Optical nonlinearity in fused silica by proton implantation / L. J. Henry, B. V. McGrath, T. G. Alley, J. J. Kester // Journal of the Optical Society of America B.

- 1996. - Vol. 13. - № 5. - P. 827-836.

26. Second-order nonlinear susceptibility in As2S3 chalcogenide thin glass films / Y. Quiquempois, A. Villeneuve, D. Dam [et al.] // Electronics Letters. - 2000. -Vol. 36. - № 8. - P. 733-734.

27. Phase-matched second-harmonic generation in novel corona poled glass waveguides / A. Okada, K. Ishii, K. Mito, K. Sasaki // Applied Physics Letters. - 1992.

- Vol. 60. - № 23. - P. 2853-2855.

28. Time evolution of depletion region in poled silica / A. L. C. Triques, I. C. S. Carvalho, M. F. Moreira [et al.] // Applied Physics Letters. - 2003. - Vol. 82. -№ 18. - P. 2948-2950.

29. Generation of permanent optically induced second-order nonlinearities in optical fibers by poling / M.-V. Bergot, M. C. Farries, M. E. Fermann [et al.] // Optics Letters.

- 1988. - Vol. 13. - № 7. - P. 592-594.

30. Rao, K. J. Distribution of ionic charge carriers and migration barriers in binary alkali silicate glasses / K. J. Rao, S. R. Elliott // Proceedings of the Indian Academy of Sciences - Chemical Sciences. - 1994. - Vol. 106. - № 4. - P. 903-911.

31. Mukherjee, N. Dynamics of second-harmonic generation in fused silica / N. Mukherjee, R. A. Myers, S. R. J. Brueck // Journal of the Optical Society of America B. - 1994. - Vol. 11. - № 4. - P. 665-669.

32. An, H. Second-order optical nonlinearity and accompanying near-surface structural modifications in thermally poled soda-lime silicate glasses / H. An, S. Fleming // Journal of the Optical Society of America B. - 2006. - Vol. 23. - № 11. -P. 2303-2309.

33. Poled glasses / W. Margulis, F. C. Garcia, E. N. Hering [et al.] // MRS Bulletin. -1998. - Vol. 23. - № 11. - P. 31-35.

34. Redkov, A. V. How Does Thermal Poling Produce Interstitial Molecular Oxygen in Silicate Glasses? / A. V. Redkov, V. G. Melehin, A. A. Lipovskii // Journal of Physical Chemistry C. - 2015. - Vol. 119. - № 30. - P. 17298-17307.

35. Chemical structure and mechanical properties of soda lime silica glass surfaces treated by thermal poling in inert and reactive ambient gases / J. Luo, S. Bae, M. Yuan [et al.] // Journal of the American Ceramic Society. - 2018. - Vol. 101. - № 7. -P. 2951-2964.

36. Doremus, R. H. Mechanism of electrical polarization of silica glass / R. H. Doremus // Applied Physics Letters. - 2005. - Vol. 87. - № 23. - P. 1-2.

37. Margulis, W. Interferometric study of poled glass under etching / W. Margulis, F. Laurell // Optics Letters. - 1996. - Vol. 21. - № 21. - P. 1786-1788.

38. Plasma-etching of 2D-poled glasses: A route to dry lithography / S. E. Alexandrov, A. A. Lipovskii, A. A. Osipov [et al.] // Applied Physics Letters. -

2017. - Vol. 111. - № 11. - P. 111604.

39. Volume relaxation of poled glasses: Surface relief enhancement / I. V. Reduto, V. P. Kaasik, A. A. Lipovskii, D. K. Tagantsev // Journal of Non-Crystalline Solids. -

2018. - Vol. 499. - P. 360-362.

40. Refractive index distribution in the non-linear optical layer of thermally poled oxide glasses / M. Dussauze, E. I. Kamitsos, E. Fargin, V. Rodriguez // Chemical Physics Letters. - 2009. - Vol. 470. - № 1-3. - P. 63-66.

41. Ziemath, E. C. Compositional and structural changes at the anodic surface of thermally poled soda-lime float glass / E. C. Ziemath, V. D. Araujo, C. A. Escanhoela // Journal of Applied Physics. - 2008. - Vol. 104. - № 5. - P. 054912.

42. Quiquempois, Y. Model of charge migration during thermal poling in silica glasses: Evidence of a voltage threshold for the onset of a second-order nonlinearity / Y. Quiquempois, N. Godbout, S. Lacroix // Physical Review A. Atomic, Molecular, and Optical Physics. - 2002. - Vol. 65. - № 4. - P. 438161-4381614.

43. Calvez, A. Le. A model for second harmonic generation in poled glasses / A. Le Calvez, E. Freysz, A. Ducasse // European Physical Journal D. - 1998. - Vol. 1. -№ 2. - P. 223-226.

44. Petrov, M. I. Polarization of glass containing fast and slow ions / M. I. Petrov, Y. A. Lepen'Kin, A. A. Lipovskii // Journal of Applied Physics. - 2012. - Vol. 112. -

№ 4. - P. 043101.

45. Bleaching versus poling: Comparison of electric field induced phenomena in glasses and glass-metal nanocomposites / A. A. Lipovskii, V. G. Melehin, M. I. Petrov [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2011. - Vol. 109. - № 1. - P. 011101.

46. Modifications of poled silicate glasses under heat treatment / A. V. Redkov, V. G. Melehin, D. V. Raskhodchikov [et al.] // Journal of Non-Crystalline Solids. -2019. - Vols. 503-504. - P. 279-283.

47. Electric field distribution and near-surface modifications in soda-lime glass submitted to a dc potential / C. M. Lepienski, J. A. Giacometti, G. F. Leal Ferreira [et al.] // Journal of Non-Crystalline Solids. - 1993. - Vol. 159. - № 3. - P. 204-212.

48. Control of soda-lime glass surface crystallization with thermal poling / Dergachev, V. Kaasik, A. Lipovskii [et al.] // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2020. - Vol. 533. - P. 119899.

49. Lepienski, C. M. Lipp study of a glass sample previously submitted to a DC potential / C. M. Lepienski, J. A. Giacometti, C. A. Achete // Solid State Communications. - 1991. - Vol. 79. - № 10. - P. 825-828.

50. Thermally poled silica glass: Laser induced pressure pulse probe of charge distribution / P. G. Kazansky, A. R. Smith, P. S. J. Russell [et al.] // Applied Physics Letters. - 1995. - Vol. 68. - № 2. - P. 269-271.

51. Alley, T. G. Secondary ion mass spectrometry study of space-charge formation in thermally poled fused silica / T. G. Alley, S. R. J. Brueck, M. Wiedenbeck // Journal of Applied Physics. - 1999. - Vol. 86. - № 12. - P. 6634-6640.

52. Inducing a large second-order optical nonlinearity in soft glasses by poling /

F. C. Garcia, I. C. S. Carvalho, E. Hering [et al.] // Applied Physics Letters. - 1998. -Vol. 72. - № 25. - P. 3252-3254.

53. Takamure, N. Electric field assisted ion exchange of silver in soda-lime glass: A study of ion depletion layers and interactions with potassium / N. Takamure, A. Kondyurin, D. R. McKenzie // Journal of Applied Physics. - 2019. - Vol. 125. -№ 17. - P. 175104.

54. Generation of optical harmonics / P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters,

G. Weinreich // Physical Review Letters. - 1961. - Vol. 7. - № 4. - P. 118-119.

55. Effects of dispersion and focusing on the production of optical harmonics / P. D. Maker, R. W. Terhune, M. Nisenoff, C. M. Savage // Physical Review Letters. -1962. - Vol. 8. - № 1. - P. 21-22.

56. Second-harmonic generation from electrically poled SiO_2 glasses: effects of OH concentration, defects, and poling conditions / H. Nasu, H. Okamoto, K. Kurachi [et al.] // Journal of the Optical Society of America B. - 1995. - Vol. 12. - № 4. - P. 644-649.

57. Localization of the induced second-order non-linearity within Infrasil and Suprasil thermally poled glasses / Y. Quiquempois, G. Martinelli, P. Dutherage [et al.] // Optics Communications. - 2000. - Vol. 176. - № 4. - P. 479-487.

58. Menczel, J. D. Thermal Analysis of Polymers: Fundamentals and Applications. Therm. Anal. Polym. Fundam. Appl. / J. D. Menczel, R. B. Prime; eds. J. D. Menczel, R. B. Prime. - Hoboken, NJ, USA : John Wiley & Sons, Inc., 2008. - 1-688 p.

59. Turnhout, J. van. Thermally stimulated discharge of electrets / J. van Turnhout. -1980. - P. 81-215.

60. Bucci, C. Ionic Thermocurrents in Dielectrics / C. Bucci, R. Fieschi, G. Guidi // Physical Review. - 1966. - Vol. 148. - № 2. - P. 816-823.

61. Lipovskii, A. A. Giant Discharge Current in Thermally Poled Silicate Glasses / A. A. Lipovskii, A. I. Morozova, D. K. Tagantsev // Journal of Physical Chemistry C. -2016. - Vol. 120. - № 40. - P. 23129-23135.

62. Topic, M. Study of polarization mechanisms in sodium iron phosphate glasses by partial thermally stimulated depolarization current / M. Topic, A. Mogus-Milankovic, D. E. Day // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2000. - Vol. 261. - № 1. - P. 146-154.

63. Obata, A. Interpretation of electrical polarization and depolarization mechanisms of bioactive glasses in relation to ionic migration / A. Obata, S. Nakamura, K. Yamashita // Biomaterials. - 2004. - Vol. 25. - № 21. - P. 5163-5169.

64. Chi Kao, K. Dielectric Phenomena in Solids / K. Chi Kao. - Elsevier, 2004.

65. Mogus-Milankovic, A. Thermally stimulated polarization and dc conduction in iron phosphate glasses / A. Mogus-Milankovic, D. E. Day // Journal of Non-Crystalline Solids. - 1993. - Vol. 162. - № 3. - P. 275-286.

66. Doi, A. Thermally stimulated current studies of conduction polarization in several alkali-containing oxides. Vol. 16 / A. Doi. - 1981.

67. Activation energy for alkaline-earth ion transport in low alkali aluminoborosilicate glasses / P. Dash, E. Furman, C. G. Pantano, M. T. Lanagan // Applied Physics Letters. - 2013. - Vol. 102. - № 8. - P. 082904.

68. JANNEK, H. D. Sodium Motion in Phase-Separated Sodium Silicate Glasses / H. D. JANNEK, D. E. DAY // Journal of the American Ceramic Society. - 1981. -Vol. 64. - № 4. - P. 227-233.

69. HONG, C. -M. Thermally Stimulated Currents in Sodium Silicate Glasses / C. -M HONG, D. E. DAY // Journal of the American Ceramic Society. - 1981. - Vol. 64. -№ 2. - P. 61-68.

70. Hoffman, J. D. Anelastic and dielectric effects in polymeric solids, N. G. McCrum, B. E. Read, and G. Williams, Wiley, New York, 1967. pp. 617. $25.00 / J. D. Hoffman // Journal of Applied Polymer Science. - 1969. - Vol. 13. - № 2. -P. 397-397.

71. Poplavko, Y. Broadband dielectric spectroscopy / Y. Poplavko // Dielectric Spectroscopy of Electronic Materials / eds. F. Kremer, A. Schonhals. - Berlin, Heidelberg : Springer Berlin Heidelberg, 2021. - P. 41-73.

72. Structural relaxation dynamics and annealing effects of sodium silicate glass / M. Naji, F. Piazza, G. Guimbretiere [et al.] // Journal of Physical Chemistry B. - 2013. - Vol. 117. - № 18. - P. 5757-5764.

73. Singh, G. Influence of LiNbO3 crystallization on the optical, dielectric and nanoindentation properties of the 30SiO2-35Li2O-35Nb2O5 glass / G. Singh, M. Sharma, R. Vaish // Journal of Applied Physics. - 2019. - Vol. 126. - № 21. -P. 214101.

74. Amara, C. Ben. Effect of iron oxide on the electrical conductivity of soda-lime silicate glasses by dielectric spectroscopy / C. Ben Amara, H. Hammami, S. Fakhfakh // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. - 2019. - Vol. 30. - № 14. -P. 13543-13555.

75. Ac conductivity and dielectric relaxation in ionically conducting soda-lime-

silicate glasses / A. Dutta, T. P. Sinha, P. Jena, S. Adak // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2008. - Vol. 354. - № 33. - P. 3952-3957.

76. Dielectric relaxation induced by a space charge in poled glasses for nonlinear optics / M. Dussauze, O. Bidault, E. Fargin [et al.] // Journal of Applied Physics. -2006. - Vol. 100. - № 3. - P. 034905.

77. Depletion Layer Formation in Alkali Silicate Glasses by Electro-Thermal Poling / C. McLaren, M. Balabajew, M. Gellert [et al.] // Journal of The Electrochemical Society. - 2016. - Vol. 163. - № 9. - P. H809-H817.

78. Mariappan, C. R. Mechanism and kinetics of Na+ ion depletion under the anode during electro-thermal poling of a bioactive glass / C. R. Mariappan, B. Roling // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2010. - Vol. 356. - № 11-17. - P. 720-724.

79. Peculiar electric properties of polarized layer in alkaline silicate glasses / E. Koroleva, I. Reshetov, E. Babich [et al.] // Journal of the American Ceramic Society. - 2022. - Vol. 105. - № 5. - P. 3418-3427.

80. Emergence of Structural Anisotropy in Optical Glasses Treated to Support Second Harmonic Generation / C. Cabrillo, G. J. Cuello, W. S. Howells, S. M. Bennington // Physical Review Letters. - 1998. - Vol. 81. - № 20. - P. 43614364.

81. X-ray absorption and infrared reflectance of poled silica glass for second harmonic generation / V. Nazabal, E. Fargin, G. Le Flem [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2000. - Vol. 88. - № 11. - P. 6245-6251.

82. Second harmonic generation and Raman study of second-order nonlinearity in PbO/B2O3 glass / X. Yangang, L. Qi, L. Liu [et al.] // Physics and Chemistry of Glasses. - 2003. - Vol. 44. - № 2. - P. 103-105.

83. Alley, T. G. Visualization of the nonlinear optical space-charge region of bulk thermally poled fused-silica glass / T. G. Alley, S. R. J. Brueck // Optics Letters. -1998. - Vol. 23. - № 15. - P. 1170-1172.

84. Alley, T. G. Space charge dynamics in thermally poled fused silica / T. G. Alley, S. R. J. Brueck, R. A. Myers // Journal of Non-Crystalline Solids. - 1998. - Vol. 242. -№ 2-3. - P. 165-176.

85. Measurement of depletion region width in poled silica / C. S. Franco, G. A. Quintero, N. Myren [et al.] // Applied Optics. - 2005. - Vol. 44. - P. 5793-5796.

86. Complete characterization of the nonlinear spatial distribution induced in poled silica glass with a submicron resolution / A. Kudlinski, Y. Quiquempois, M. Lelek [et al.] // Applied Physics Letters. - 2003. - Vol. 83. - № 17. - P. 3623-3625.

87. Kudlinski, A. Time evolution of second-order nonlinear profiles induced within thermally poled silica samples / A. Kudlinski, G. Martinelli, Y. Quiquempois // Optics Letters. - 2005. - Vol. 30. - № 9. - P. 1039-1041.

88. Kashyap, R. Poling of Glasses and Optical Fibers / R. Kashyap // Fiber Bragg Gratings. - Elsevier, 2010. - P. 527-596.

89. Phase-matched second-harmonic generation by periodic poling of fused silica / R. Kashyap, G. J. Veldhuis, D. C. Rogers, P. F. McKee // Applied Physics Letters. -1994. - Vol. 64. - № 11. - P. 1332-1334.

90. Thermal poling and ultraviolet erasure characteristics of type-III ultraviolet-grade fused silica and application to periodic poling on planar substrates / H. Y. Chen,

J. S. Sue, Y. H. Lin [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2003. - Vol. 94. - № 3. -P. 1531-1538.

91. Quasi-phase-matched second-harmonic generation in Ge-ion implanted fused silica channel waveguide / S. Chao, H.-Y. Chen, Y.-H. Yang [et al.] // Optics Express. -2005. - Vol. 13. - № 18. - P. 7091-7096.

92. Light-controlled erasure of induced X(2) in thermally poled glasses / S. Montant, A. Le Calvez, E. Freysz [et al.] // Applied Physics Letters. - 1999. - Vol. 74. - № 18. -P. 2623-2625.

93. Lipovskii, A. 2D-structuring of glasses via thermal poling: A short review / A. Lipovskii, V. Zhurikhina, D. Tagantsev // International Journal of Applied Glass Science. - 2018. - Vol. 9. - № 1. - P. 24-28.

94. Redkov, A. V. Formation and self-arrangement of silver nanoparticles in glass via annealing in hydrogen: The model / A. V. Redkov, V. V. Zhurikhina, A. A. Lipovskii // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2013. - Vol. 376. - P. 152-157.

95. Formation and 2D-patterning of silver nanoisland film using thermal poling and out-diffusion from glass / S. Chervinskii, V. Sevriuk, I. Reduto, A. Lipovskii // Journal of Applied Physics. - 2013. - Vol. 114. - № 22. - P. 224301.

96. Poling-assisted bleaching of metal-doped nanocomposite glass / O. Deparis, P. G. Kazansky, A. Abdolvand [et al.] // Applied Physics Letters. - 2004. - Vol. 85. -№ 6. - P. 872-874.

97. Dissolution of silver nanoparticles in glass through an intense dc electric field / A. Podlipensky, A. Abdolvand, G. Seifert [et al.] // Journal of Physical Chemistry B. -2004. - Vol. 108. - № 46. - P. 17699-17702.

98. Dissolution of embedded gold nanoparticles in sol-gel glass film / I. C. S. Carvalho, F. P. Mezzapesa, P. G. Kazansky [et al.] // Materials Science and Engineering C. - 2007. - Vol. 27. - № 5- - 8 SPEC. ISS. - P. 1313-1316.

99. Bleaching of sol-gel glass film with embedded gold nanoparticles by thermal poling / F. P. Mezzapesa, I. C. S. Carvalho, P. G. Kazansky [et al.] // Applied Physics Letters. - 2006. - Vol. 89. - № 18. - P. 183121.

100. Shaping nanoparticles and their optical spectra with photons / T. Wenzel, J. Bosbach, A. Goldmann [et al.] // Applied Physics B: Lasers and Optics. - 1999. -Vol. 69. - № 5. - P. 513-517.

101. Stietz, F. Laser manipulation of the size and shape of supported nanoparticles / F. Stietz // Applied Physics A: Materials Science and Processing. - 2001. - Vol. 72. -№ 4. - P. 381-394.

102. Margulis, W. Fabrication of waveguides in glasses by a poling procedure / W. Margulis, F. Laurell // Applied Physics Letters. - 1997. - Vol. 71. - № 17. -P. 2418-2420.

103. Brennand, A. L. R. Planar waveguides in multicomponent glasses fabricated by field-driven differential drift of cations / A. L. R. Brennand, J. S. Wilkinson // Optics Letters. - 2002. - Vol. 27. - № 11. - P. 906-908.

104. Xu, W. Silica fiber poling technology / W. Xu, P. Blazkiewicz, S. Fleming // Advanced Materials. - 2001. - Vol. 13. - № 12-13. - P. 1014-1018.

105. High second-order nonlinearities in poled silica fibers / P. G. Kazansky, L. Dong, P. Hua, P. S. J. Russell // Optics Letters. - 1994. - Vol. 8. - № 10. - P. 397-398.

106. Frozen-in electrical field in thermally poled fibers / D. Wong, W. Xu, S. Fleming [et al.] // Optical Fiber Technology. - 1999. - Vol. 5. - № 2. - P. 235-241.

107. An, H. Characterization of a second-order nonlinear layer profile in thermally poled optical fibers with second-harmonic microscopy / H. An, S. Fleming // Optics Letters. - 2005. - T. 30. - № 8. - C. 866-868.

108. An, H. Investigation of the spatial distribution of second-order nonlinearity in thermally poled optical fibers / H. An, S. Fleming // Optics Express. - 2005. - Vol. 13.

- № 9. - P. 3500-3505.

109. Mechanism for thermal poling in twin-hole silicate fibers / P. Blazkiewicz, W. Xu, D. Wong, S. Fleming // Journal of the Optical Society of America B. - 2002. -Vol. 19. - № 4. - P. 870-874.

110. Electro-optic switch constructed with a poled silica-based waveguide on a Si substrate / M. Abe, T. Kitagawa, K. Hattori [et al.] // Electronics Letters. - 1996. -Vol. 32. - № 10. - P. 893-894.

111. Liu, A. C. ELECTRO-OPTIC PHASE MODULATION IN A SILICA CHANNEL WAVEGUIDE / A. C. Liu, M. J. F. Digonnet, G. S. Kino // Optics InfoBase Conference Papers. - 1993. - Vol. 19. - P. 565-568.

112. Long, X. C. Large-signal phase retardation with a poled electrooptic fiber / X. C. Long, S. R. J. Brueck // IEEE Photonics Technology Letters. - 1997. - Vol. 9. -№ 6. - P. 767-769.

113. Long, X. C. A poled electrooptic fiber / X. C. Long, R. A. Myers, S. R. J. Brueck // IEEE Photonics Technology Letters. - 1996. - Vol. 8. - № 2. - P. 227-229.

114. Margulis, W. Progress on fiber poling and devices / W. Margulis, N. Myren // Conference on Optical Fiber Communication, Technical Digest Series. - IEEE, 2005. -Vol. 4. - P. 477-479.

115. Myren, N. All-fiber electrooptical mode-locking and tuning / N. Myren, W. Margulis // IEEE Photonics Technology Letters. - 2005. - Vol. 17. - № 10. -P. 2047-2049.

116. Tarasenko, O. Electro-optical fiber modulation in a Sagnac interferometer / O. Tarasenko, W. Margulis // Optics Letters. - 2007. - Vol. 32. - № 11. - P. 13561358.

117. Systems measurements of 2 x 2 poled fiber switch / J. Li, N. Myren, W. Margulis [et al.] // IEEE Photonics Technology Letters. - 2005. - Vol. 17. - № 12. - P. 25712573.

118. Long, X. C. A High-Speed Poled All-Fiber Switch / X. C. Long, S. R. J. Brueck, M. L. Minden // Optics InfoBase Conference Papers. - Washington, D.C. : OSA, 1999.

- P. 355-359.

119. Srinivasan, B. First demonstration of thermally poled electrooptically tunable fiber Bragg gratings / B. Srinivasan, R. K. Jain // IEEE Photonics Technology Letters. -2000. - Vol. 12. - № 2. - P. 170-172.

120. Electrically Tunable Thermally-Poled Bragg Gratings / W. Xu, D. Wong, S. Fleming, P. Blazkiewicz // Optics InfoBase Conference Papers. - Washington, D.C. : OSA, 1999. - P. 363-367.

121. Narazaki, A. Poling-induced crystallization of tetragonal BaTiO3 and enhancement of optical second-harmonic intensity in BaO-TiO2-TeO2 glass system /

A. Narazaki, K. Tanaka, K. Hirao // Applied Physics Letters. - 1999. - Vol. 75. - № 21.

- P. 3399-3401.

122. An, H. Nanocrystal formation accompanying the creation of second-order nonlinearity in thermally poled fused silica glass / H. An, S. Fleming // IEEE Photonics Technology Letters. - 2006. - Vol. 18. - № 1. - P. 94-96.

123. Micro-structuring the surface reactivity of a borosilicate glass via thermal poling / A. Lepicard, T. Cardinal, E. Fargin [et al.] // Chemical Physics Letters. - 2016. -Vol. 664. - P. 10-15.

124. Surface Reactivity Control of a Borosilicate Glass Using Thermal Poling / A. Lepicard, T. Cardinal, E. Fargin [et al.] // Journal of Physical Chemistry C. - 2015. -Vol. 119. - № 40. - P. 22999-23007.

125. Low-temperature fabrication of fine structures on glass using electrical nanoimprint and chemical etching / N. Ikutame, K. Kawaguchi, H. Ikeda [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2013. - Vol. 114. - № 8. - P. 083514.

126. On the origin of the low-temperature band in depolarization current spectra of poled multicomponent silicate glasses / P. N. Brunkov, V. P. Kaasik, A. A. Lipovskii, D. K. Tagantsev // Applied Physics Letters. - 2018. - Vol. 112. - № 15. - P. 151603.

127. Roling, B. Mixed alkaline-earth effects in ion conducting glasses / B. Roling, M. D. Ingram // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2000. - Vol. 265. - № 1. - P. 113119.

128. Cation diffusion and ionic conductivity in soda-lime silicate glasses / F. V. Natrup, H. Bracht, S. Murugavel, B. Roling // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2005. - Vol. 7. - № 11. - P. 2279-2286.

129. Krieger, U. K. Field assisted transport of Na+ ions, Ca2+ ions and electrons in commercial soda-lime glass I: Experimental / U. K. Krieger, W. A. Lanford // Journal of Non-Crystalline Solids. - 1988. - Vol. 102. - № 1-3. - P. 50-61.

130. Nemilov, S. V. Thermodynamic and Kinetic Aspects of the Vitreous State. Thermodyn. Kinet. Asp. Vitr. State / S. V. Nemilov. - CRC Press, 2018.

131. Anan'ev, A. V. Is frozen space charge responsible for SHG in poled silicate glasses only? / A. V. Anan'ev, A. A. Lipovskii, D. K. Tagantsev // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2017. - Vol. 458. - P. 118-120.

132. Liu, W. Resist charging in electron beam lithography / W. Liu, J. Ingino, R. F. Pease // Journal of Vacuum Science and Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. - 1995. - Vol. 13. - № 5. - P. 1979-1983.

133. Melchinger, A. Dynamic double layer model: Description of time dependent charging phenomena in insulators under electron beam irradiation / A. Melchinger, S. Hofmann // Journal of Applied Physics. - 1995. - Vol. 78. - № 10. - P. 6224-6232.

134. Rau, E. I. Mechanisms of charging of insulators under irradiation with medium-energy electron beams / E. I. Rau, E. N. Evstafeva, M. V. Andrianov // Physics of the Solid State. - 2008. - Vol. 50. - № 4. - P. 621-630.

135. Swanepoel, R. Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon / R. Swanepoel // Journal of Physics E: Scientific Instruments. - 1983. - Vol. 16.

- № 12. - P. 1214-1222.

136. Diffusion behavior of transition metals in field-assisted ion-exchanged glasses / F. Gonella, E. Cattaruzza, A. Quaranta [et al.] // Solid State Ionics. - 2006. - Vol. 177.

- № 35-36. - P. 3151-3155.

137. Sutrisno, H. POLYMORPHIC TRANSFORMATION OF TITANIUM DIOXIDE CAUSED BY HEAT TREATMENT OF PROTONIC LEPIDOCROCITE TITANATE / H. Sutrisno, S. Sunarto // Indonesian Journal of Chemistry. - 2010. - Vol. 10. - № 2. -P. 143-148.

138. Kirillova, S. A. Phase relationships in the SiO2-TiO2 system / S. A. Kirillova, V. I. Almjashev, V. V. Gusarov // Russian Journal of Inorganic Chemistry. - 2011. -Vol. 56. - № 9. - P. 1464-1471.

139. Sankur, H. Crystallization and diffusion in composite TiO2-SiO2 thin films / H. Sankur, W. Gunning // Journal of Applied Physics. - 1989. - Vol. 66. - № 10. -P. 4747-4751.

140. Best, M. F. A raman study of TiO2-SiO2 glasses prepared by sol-gel processes / M. F. Best, R. A. Condrate // Journal of Materials Science Letters. - 1985. - Vol. 4. -№ 8. - P. 994-998.

141. Мазурин, О. В. Свойства стекол и стеклообразующих расплавов / О. В. Мазурин, М. В. Стрельцина, Т. П. Швайко-Швайковская. - Ленинград : Наука, 1977.