近日，我室硕士生马文强（第一作者）和张培晴导师（通讯作者）在Ceramics International期刊上发表了题为“Femtosecond-laser direct-writing volume phase gratings inside Ge–As–S chalcogenide glass”的论文（ISSN：0272-8842，2020,46：17599-17605，IF=3.450）。

图1 超景深显微镜下的光栅形貌

         硫系玻璃在中红外波段具有很高的透过率，而且其线性和非线性折射率也很高，是红外光器件的优选材料。在一些器件中，具有合适参数的体相位光栅能够获得较大的衍射效率，而且能在一定程度上提高光栅的波长分辨率，改善器件性能。飞秒激光直写技术是在透明材料内部制备微结构的有力工具，具有众多可调参数，以更加细微地调整光栅形貌、折射率变化等。

图2 衍射光斑及其强度分析

         在本研究中，利用不同功率的飞秒激光在距离玻璃上表面50 μm处制备了体相位光栅。随着功率的不断增加，观察到了光栅形貌从不清晰到清晰，再到表面出现损伤的过程（图1）。通过测试，较高的衍射效率和清晰的衍射光斑说明制备的光栅具有优异的性能，且衍射效率随功率变化表现出先增加后降低的趋势。

图3 光栅侧面显微镜图

         为了探究光栅厚度的变化情况，对光栅侧面进行精密抛光，发现其厚度变化趋势与衍射效率相同。由于Ge-As-S玻璃的非线性较高，当高强度的飞秒激光在其内部传播时会引发如自聚焦等非线性效应，造成如图3所示的变化过程。

图4 光栅折射率变化

         经过计算发现，光栅折射率变化基本保持在同一水平，而厚度表现出与衍射效率相同的变化趋势。因此，激光功率逐渐增加的过程中，体光栅厚度在衍射效率变化中起到了主导作用。