【摘要】在离子辐照领域，离子与固体之间的相互作用及其诱导的辐射效应是一个相对基本和重要的科学问题。该问题的系统研究和理论解释是阐明在辐射环境下各种材料的演化机制（例如显微镜损伤和宏观性能）的基础。在离子辐照环境中，能量载体将与辐照材料的原子相互作用，并以两种方式失去能量：核能损失，能量载体离子和材料原子核之间弹性碰撞引起的能量损失；电子能量损失，通过能量载体之间的无弹性碰撞引起的能量损失，而材料核外的电子损失。晶体材料可以实现不同形式的能量的相互作用和转换，例如力，热，电力，光和磁性。它与红外，激光和新能源等新技术密切相关。在特定条件下的离子辐射可以进一步改善其性能。基于离子束技术，也可以准备各种晶体微纳米结构。此外，晶体材料是空间功能设备的矩阵材料之一，也是固化晚期核能反应器结构材料和核废料的重要候选基质。离子辐射引起的损伤的进化行为决定了空间电子设备的工作性能，储层中的核心燃料和结构材料。为了在复杂的极端条件下实现功能和结构晶体材料的更广泛应用，有必要在不同能量间隔下对离子辐射环境下的损伤进化行为进行研究。这是一个热门话题和研究领域的领域，例如离子和固体相互作用，以及诸如太空检测和核能之类的应用领域。本文的工作主要集中于功能和结构晶体材料的辐射。它使用不同能量区域中ABO3型晶体材料的离子照射来探索由中和低能离子辐照的核能损失引起的辐射效应以及它们之间的耦合效应，并进一步阐明不同能量区域离子辐照环境中晶体材料的损伤演化机制；基于核和电子能量损失过程产生的非位置和痕量损害，准备在不同波长带中起作用的晶体光学波导结构，并探索了在不同辐照条件下形成的光学波导结构的物理机理和光学特性。

以下解释了每项工作的主要内容：使用1 MeV Au+和20 MeV Si3+来照射Laalo3和Yalo3晶体，以探索由中和低能离子辐射引起的损伤效应。在低能AU+辐射过程中，Laalo3和Yalo3晶体的损伤积累曲线是通过RBS/Channer分析和无序的积累模型模拟获得的。结果表明，在低能量Au+辐照核能损失的作用下，YA103晶体比LAAL03晶体具有更强的对非晶化的抵抗力。通过RB/Channing，HRTEM和PRISM耦合进行实验表征，结合了IWKB方法重建折射率分布，表明LAALO3和LAALO3和YALO3晶体中产生的晶格损伤被20 MEV Si3+辐照的Yalo3晶体归因于核能损失效应。同时，可以验证的是，棱镜耦合技术的可行性和合理性与IWKB折射率重建方法相结合，以分析材料的内部损害行为，采用新的研究方法，用于研究晶体材料的损害行为。电子能量损失在快速重离子辐照环境中占主导地位。当电子能量损失达到一定阈值时，材料中可能会产生痕量损伤。由于复杂的热力学参数和离子速度效应，电子能量损失引起的痕量损伤的机制相对复杂。在这方面，分别用快速重离子（例如200 MEV KR17+，247 MEV AR12+和358 MEV NI19+）辐射的快速重离子，例如LITAO3和其他ABO3晶体，以探索轨道损伤的进化行为及其由电子能量损失诱导的晶体的形成机制的进化行为。

通过实验表征分析，例如RBS/Channing和HRTEM，可以证实具有不同形态的轨道损伤，例如分离的球形，不连续和连续的轨道损伤出现在辐照的晶体中。与形成分离的球形缺陷形成相对应的电子能量损耗用作产生痕量损伤的阈值，然后Laalo3晶体阈值为14.70 keV/nm，相应的离子速度为2.30 meV/u； Yalo3晶体阈值为8.61 keV/nm，相应的离子速度为1.01 meV/u。基于非弹性热峰模型，电子能量损失过程在数值上计算了能量沉积和晶格温度在晶体中的空间和时间演化，阐明了不同形态学的轨迹损害的形成机制，并提出了“温度阈值”的概念，从而归因于不同的温度效应，从而归因于不同的电视效应，以归因于不同的温度效应。可以比较并分析大量报告的损害数据，以提高强烈电子能量损失作用下辐射损害的形成和演变的可预测性。通过非弹性热峰模型的数值计算，确定形成Laalo3和Yalo3晶体痕量损伤的温度阈值分别为4340 K和2845 K。与单独使用低能或高能离子辐射不同，实际辐照环境中的材料可能会同时受离子的影响。此时，低能离子辐射的核能损失过程和高能量离子辐射的电子能量损失过程不再彼此独立，并且可能具有耦合效应。

在复杂的离子辐射环境下，开发和改善对材料的辐射效应和相关物理机制的研究可以为开发新的耐药物质的发展提供必要的理论基础和实验基础，并研究其损伤特征。目前，很少有设备可以在国际上进行低能和高能双光束离子辐照实验。一种解决方案是使用低能和高能量离子束连续照射它们，以研究在强电子能量损失的作用下由核能损失引起的损伤区域的损伤进化行为和机制。基于该方案，我们进行了以下研究：（i）具有1 MeV Au+的辐照Laalo3和YA103晶体引入预损伤，然后使用不同类型和能量的离子离子来照射预破坏样品，以探索核能损失和其诱导的损坏损伤的损伤进化行为之间的耦合效应。 RBS/Channing和HRTEM的实验分析证实，与完美的晶体相比，200 MEV KR17+辐射的损伤程度显着增加，并且该轨迹的形态从不连续变为连续变为连续； 20 MEV SI3+和358 MEV NI19+辐射预损害的YA103样品的损伤程度也显着增加，NI19+辐射样品形成不连续的痕量损害。基于非弹性热峰模型，通过数值计算了由电子能量损耗过程诱导的能量沉积和晶格温度的时空演化，并阐明了增加损伤和轨迹变化的物理机制； （ii）为了进一步探索核能和电子能量损失之间的耦合机制，不同剂量为1 MeV Au+ iradiof的SRTIO3晶体，以产生不同程度的预损害程度的SRTIO3样品。然后，247个MEV AR12+，20 MeV Si3+和200 MeV KR17+辐射的SRTI03样品具有较高的预损伤度，以及20 MeV Si3+和358 MEV SRTI03样品，通过较低的Ni19+ radiation radems and temals和HR的损坏证实了较低的预损伤程度的损坏和HR的损坏： SrTi03 samples with high pre-damage pre-damage of Ar12+, Si3+ and Kr17+ radiation pre-damage samples had a significantly increased, and the damage degree of Ar12+ and Si3+ radiation pre-damage samples had a discontinuous track damage, and the track damage morphology of the Kr17+ radiation pre-damage sample changed from discontinuous to continuous;而SRTIO3样品的损伤程度降低了Si3+和Ni19+辐射前损伤的损伤程度。

基于非弹性热峰模型，阐明了由电子能量损失过程诱导的晶格温度的能量沉积和时空演化，并阐明了不同损害进化行为的物理机制。上述研究结果指出：（1）当诱导辐射损伤时，核能损失和电子能量损失的耦合效应应特别分为协同和竞争效应。单晶体能量电导率，电子量耦合系数等受到电子能量损失诱导的热峰值响应强度显着影响，基于能量损失机制和固体缺陷理论，晶体离位置的内部热电导率，在核能损害降低核能的核能损害降低的核能损害降低了co效率的核能损害的内部热能损害，从而降低了couffer y降低couffer y降低couffer in the counipition fly coeffer coeffer coeffer coeffering couffer con of coefeffer cou ferip countip countip countip countip countip countip the。局部能量并增加由电子能量损失引起的热峰响应强度，从而影响晶格温度的空间和时间演化，在面向电子能量损失的高能离子辐照的晶体温度下。目前，与非损伤区域相比，高浓度离位离子损伤区域中的热峰值响应强度显着增强，从而有效地增强了晶格温度并促进了痕量损伤的形成，以及核和电子能量损失之间的协同作用；低浓度离线损伤区域中的热峰值响应强度没有显着增强，晶格温度有限，诱导的先前存在的离线损害退火和重结晶，损害程度降低，核和电子之间的能量损失具有竞争力效应。 （2）对于某些单晶，形成痕迹所需的电子能量损失和离子速度等条件相对苛刻，直接高能离子辐射引起了很难形成痕量损伤。这极大地限制了离子辐射技术在纳米通道的制备领域的应用。通过核能损失造成的离位损害，晶体将提高晶体对电子能量损失的敏感性，并将促进在电子能量损失的作用下形成离子痕量损害的，从而有效地修改了所获得的痕量痕量。研究的这一方面为纳米通道等相关应用提供了新的技术方法。

作为集成光子设备的基本组成部分，光波导由于其独特的性能和高集成而在现代光学通信和其他字段中具有非常重要的用途。 Through the off-position and track damage generated by the ion irradiation nuclear and electron energy loss process, the optical properties and related positions in the irradiated material are accurately regulated, and optical waveguide structures working in different bands are prepared: (1) Using 6 MeV Si3+ irradiated LaAlO3 crystals and 20 MeV Si3+ irradiated SrTiO3 crystals, the optical properties of the crystal material are modified and regulated through核能损失引起的距离损害和光学波导结构已成功制备。光学测试和模拟表明，形成的LAAL03光学波导结构可以有效地支持可见光的传输，并且形成的SRTI03光学波导结构可以有效地支持可见光光和近红外光的传播。 （2）使用247 MEV AR12+来照射Litao3晶体，通过电子能量损失引起的痕量损伤修改和调节晶体材料的光学特性，并成功准备了光波导结构。光学测试和模拟表明，形成的Litao3光波导结构可以有效地支持近红外区域的光的传播。