透明SiO的製作方法
2023-05-28 11:06:51 1
專利名稱：透明SiO的製作方法
技術領域：
本發明涉及三維彩色圖案，特別是一種透明SiO2凝膠內部形成三維彩色立體圖案的方法，特別涉及到利用納秒(1×10-9秒)至飛秒(1×10-15秒)脈衝雷射作用於透明SiO2凝膠內部形成三維彩色立體圖案的方法。
背景技術：
透明材料晶瑩剔透，深受人們的喜愛。如果能在其內部製備出立體圖案，則不但可以作為具有欣賞性的工藝品，而且有可能作為功能化器件的材料，如光存儲、光開關等。
在先技術中，陳亭等發明人提供一種利用脈衝寬度為納秒級的釔石榴石(YAG)雷射器(中國專利ZL97234928.6)，利用雷射束與玻璃相互作用引起的破壞(breakdown)導致的炸裂點排成的立體圖形。一般炸裂點為幾十至幾千個微米的裂紋。由於炸裂點對可見光的漫散而呈白色。然而這種方法不能形成彩色的立體圖案。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述在先技術中的不足，提供一種透明SiO2凝膠內部形成三維彩色立體圖案的方法，本發明的技術解決方案如下一種透明SiO2凝膠內部形成三維彩色立體圖案的方法，其特徵在於將脈衝寬度由飛秒至納秒的雷射來聚焦到摻雜有金屬離子的凝膠內，析出納米金屬顆粒，具體做法是
①製備並選擇摻雜金、銀、銅、鉑和/或鈀離子的透明SiO2凝膠介質；②選擇輸出雷射脈衝寬度為1×10-13秒至1×10-8秒的雷射器，其雷射束經過聚焦後，焦斑上的光功率密度大於1×106W/cm2；③將所述的雷射束聚焦於含有上述摻雜金屬成分的SiO2凝膠內部，進行雷射照射，寫入三維立體圖案；④將上述經過雷射照射後的凝膠樣品在室溫下放置1～5個月或在80～130℃退火0.5～15小時；本發明的實質是採用當雷射的脈衝寬度由飛秒展寬至納秒時，將雷射經光學透鏡聚焦後照射到摻雜了Ag、Au、Cu等金屬離子的透明SiO2凝膠內，通過改變雷射的照射條件，如脈衝能量、脈衝寬度、照射時間等，均可以在雷射照射過的區域析出空間和尺寸可控分布的金屬納米顆粒並產生與此相關的彩色著色效應。本發明可用於三維多色圖案的形成，又因析出的納米金屬顆粒線度極小且可控其空間周期性分布，因此有可能用於超高密度的三維光存儲以及三維光子晶體等。
本發明方法的關鍵在於採用聚焦的雷射照射到摻雜了功能金屬離子的凝膠，使雷射焦點附近由於雷射與介質的非線性相互作用導致金屬離子的還原。如 Ag++e-→Ag0。提供電子的源可為共摻的離子或介質材料。由於Au、Ag、Cu、鉑和鈀等金屬原子的移動產生團聚，形成對應的金屬的膠粒乃至納米顆粒。通過調節雷射照射條件，可控制金屬納米顆粒的尺寸分布。由於金屬納米顆粒的表面等離子體吸收取決於其尺寸分布，因此可以在一塊含有同種發光中心的凝膠內部實現著色的調節。
可析出金屬納米粒子的種類包括Au、Ag、Cu、Pt、Pd。雷射脈寬為100飛秒(100×10-15秒)至10納秒(10×10-9秒)；雷射作用點光強＞1×106W/cm2；雷射作用點面積(即焦斑面積)可以縮小至0.2μm。
與在先技術相比，本發明方法能夠在本發明中所採用的含有上述金屬離子的SiO2凝膠樣品中利用雷射照射形成三維彩色圖案。
圖1為本發明中所採用摻雜金離子的凝膠，用脈衝寬度為10納秒的雷射輻照後得到的金屬納米顆粒構成的字母「P」形圖案。
具體實施例方式
用以下實施例對本發明作進一步說明，以便於對本發明及其優點的理解。
實施例1按照上述具體做法1製備摻雜金離子的凝膠樣品；2選擇雷射脈衝寬度為100fs、波長為800nm的雷射束、雷射的脈衝頻率為1KHz；3用三維移動平臺和計算機控制進行雷射照射。在空氣中放置1-5個月或在30～130℃退火0.5～15小時，即可觀察到樣品內部紅色圖案。調節輻照的雷射功率和時間，圖案顏色可以在深紅、紫和黃色等顏色範圍內變化。
實施例2按照上述具體做法1選擇摻雜金離子的透明SiO2凝膠樣品；2選擇用532nm波長、10ns(納秒)脈寬、重複頻率為50Hz的摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)倍頻雷射照射；3用三維移動平臺和計算機軟體控制雷射束寫入字母「P」形圖案。雷射的平均功率為10mW，寫入的圖案無色，經1～5月放置後，顏色逐漸轉變為紅色。結果如圖1所示。
實施例3按照上述具體做法1選擇摻雜銀離子的凝膠樣品；2選用20倍(NA＝0.46)的物鏡將波長為800nm的飛秒雷射(脈寬200fs，脈衝頻率200KHz，平均功率100mW)聚焦輻照到凝膠內部，在凝膠內部雕入字母圖案，圖案呈灰色。經1～5個月時間放置或在30～130℃退火0.5～15小時後，圖案顏色轉變為淡黃色。在透射電子顯微鏡下觀察表明析出了銀納米顆粒。淡黃色的顏色是Ag納米顆粒的表面等離子體吸收所致。
實施例4按照上述具體做法1選擇凝摻雜鉑和鈀離子的凝膠樣品；2選用脈寬120fs、800nm波長、頻率1KHz的雷射聚焦照射，雷射平均功率300mW，用10倍(NA＝0.30)物鏡聚焦雷射束。3用三維移動平臺和計算機控制雷射束寫入字母圖案。寫入的圖案呈灰色，經1～5個月時間放置或在30～130℃退火0.5～15小時後，圖案顏色轉變為黑色。
權利要求
1.一種透明SiO2凝膠內部形成三維彩色圖案的方法，其特徵在於將脈衝寬度由飛秒至納秒的雷射束聚焦到摻雜有金屬離子的凝膠內，析出納米金屬顆粒。
2.根據權利要求1所述的透明SiO2凝膠內部形成三維彩色圖案的方法，其特徵在於該方法的具體做法是①製備並選擇摻雜有金、銀、銅、鉑或鈀離子的透明SiO2凝膠介質；②選擇輸出雷射脈衝寬度為1×10-13秒至1×10-8秒的雷射器，其雷射束經過聚焦後，焦斑上的光功率密度大於1×106W/cm2；③將所述的雷射束聚焦於含有所述的摻入金屬離子的SiO2凝膠內部，進行雷射照射，寫入三維立體圖案；④將上述經過雷射照射後的凝膠樣品在室溫下放置1～5個月或在80～130℃退火0.5～15小時。
全文摘要
本發明涉及一種透明SiO
文檔編號G11B7/24GK1800913SQ20061002341
公開日2006年7月12日 申請日期2006年1月18日 優先權日2006年1月18日
發明者趙崇軍, 曲士良, 趙全忠, 孟憲賡, 周秦嶺, 陳慶希, 姜雄偉 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所