紫外線激發下再現三維彩色發光圖案的製備方法
2023-05-05 14:00:46
專利名稱：紫外線激發下再現三維彩色發光圖案的製備方法
技術領域：
本發明是關於紫外線激發下再現三維彩色發光圖案的製備方法，主要是利用超短脈衝雷射誘導透明材料內部結構變化，並在紫外線激發時再現成彩色三維發光圖案的方法。
在先技術(1)在中國專利ZL97234928.6中，利用納秒(10-9秒)級脈衝寬度的釔鋁石榴石(YAG)雷射束導致玻璃內部聚焦點上的炸裂，形成漫散射構成了無色立體圖案。此圖案是由炸裂點排列構成的。
在先技術(2)，中國專利申請00127613.1中，提供一種透明物體內部著色和立體彩色圖案的形成方法，是選用脈衝寬度小於10皮秒的超短脈衝雷射束，聚焦於多光子吸收在可見光區域內的光學玻璃，或摻雜有三價稀土離子的透明介質內部，由於焦點處特殊的多光子反應構成立體圖案，在可見光下顯示彩色的立體圖案。
本發明的目的與在先技術不同，是提供一種用紫外線激發下再現三維彩色發光圖案的製備方法，使寫入透明介質內部的三維立體圖案，無論在白天還是在黑暗中，只要用紫外光束照射這個含有立體圖案的透明介質，就可以再現出彩色發光的立體圖案。
本發明的紫外線激發下再現三維彩色發光圖案的製備方法是利用飛秒脈衝雷射誘導透明介質內部產生缺陷能級結構構成三維圖案，用紫外線激發，顯示三維彩色發光圖案，具體的步驟是1選取透明介質是摻雜有活性介質稀土元素銪、或釤、或鉺等；或者摻雜有過渡金屬鐵、或錳、或鉻；或者摻雜有重金屬元素金、或銀的玻璃，或者選取透明介質是用氣相沉積方法製成的石英玻璃。
2選用脈衝寬度為飛秒量級的飛秒脈衝雷射束，它的單位面積內能量密度大於或等於上述透明介質的缺陷閾值。
3用計算機控制上述的飛秒脈衝雷射束聚焦點按照設定的圖案軌跡在上述透明介質內部進行移動掃描，完成圖案的寫入。
4用紫外光照射上述寫有圖案的透明介質，顯示彩色發光圖案。
本發明首先發現選擇適當的透明材料，即上述的透明介質，在飛秒脈衝雷射作用下，雷射聚焦點的移動軌跡可形成材料的結構變異，當用紫外光照射此透明材料時，此結構變異區可產生特徵性彩色發光。如果雷射誘導的結構變異是立體的，則彩色發光圖案是三維的。只要用紫外線照射，就能再現彩色發光圖案。這種紫外線激發下含有圖案的透明介質的發光保存在室溫下是永遠不變的。
本發明與在先技術(1)公開的利用納秒(10-9秒)級脈衝寬度的YAG雷射導致玻璃聚焦點炸裂(破壞)而形成的漫散射無色立體圖案的發明方法(詳見中國專利號ZL972349286)不同；也與在光技術(2)的超短脈衝雷射致透明介質中由於結構變異區對可見光的吸收及反射所產生的三維彩色圖案形成方法不同。本發明是先由雷射誘導透明材料由原始結構變成新結構。這種結構變異在日光下有的是輪廓可見的，有的則是輪廓不可見的，然後，再用紫外光照射再現成彩色發光圖案。因此更具有變幻特色，並特別適合於在黑暗環境觀察欣賞這種彩色發光圖案。經微結構分析，本發明是雷射導致的結構變異區域為某種缺陷能級結構，在紫外光激發下，產生能級間躍遷複合而顯示發光。
本發明的優點用本發明的方法將三維圖案寫進上述的透明介質中，無論是在白日或是在黑暗中，只要用紫外光照射就會再現彩色發光的三維圖案，尤其在黑暗的場合時，更顯示出此彩色發光圖案的光彩奪目，更具有變幻特色。而且寫進透明介質中的三維圖案置於室溫下是不改變的，無論在任何時候，用紫外光照射，均能再現彩色發光圖案，永遠不變。
圖1是實施例1用飛秒雷射束寫入圖案前後的石英玻璃以及在波長為250nm的紫外光照射下的發光特性。
圖1中 1-為未寫入圖案的石英玻璃，2-為已寫入圖案的石英玻璃，3-為寫入圖案後並用波長為250nm的紫外光照射後顯示出的綠色發光圖案。
圖2是實施例1用飛秒雷射束寫入圖案的石英玻璃在波長為250nm的紫外光激發下的發光光譜。
實施例1用上述本發明的方法和具體步驟選用脈衝寬度150fs(fs=1×10-15秒以下同)、波長800nm、脈衝頻率1KHZ、平均功率100mw的飛秒雷射用10倍的透鏡聚焦到用氣相沉積方法(CVD)製備的石英玻璃內部。通過計算機控制三維平臺在石英玻璃中按設定圖案軌跡移動掃描，完成圖案的寫入。圖1是在波長為250nm的紫外線照射下，上述石英玻璃的發光情形。可以清楚地看出，未寫入圖案1和寫入圖案但未被紫外光輻照2時，觀察不到任何發光，而寫入圖案再被紫外光輻照後3觀察到了清晰可辨的綠色發光。圖2是雷射寫入圖案的上述石英玻璃在250nm紫外線照射時產生的發光光譜。觀察到的綠色發光主要是470nm和540nm附近發光的複合效果。紫外線照射下的發光在室溫下保持永久不變。
實施例2用本發明的上述方法和具體步驟選用脈衝寬度100fs、波長400nm、脈衝頻率200KHZ、平均功率500mw的飛秒雷射束用20倍的透鏡聚焦到選取化學組成為0.1SmF3、14.9YF3、10MgF2、20CaF2、10SrF2、10BaF2、35AlF3(mol％)的玻璃內部，按實施例1的方法寫入一個立體圖案。在250nm紫外線照射下，寫入圖案處產生不同於未寫入區域的紅色發光。紫外線照射下的發光在室溫下保持永久不變。
實施例3用本發明的上述方法和具體步驟選用脈衝寬度50fs、波長1550nm、脈衝頻率10Hz、平均功率10mw的飛秒雷射束用f=100mm的透鏡聚焦到選取化學組成為0.1EuF2、14.9YF3、10MgF2、20CaF2、10SrF2、10BaF2、35AlF3(mol％)的玻璃內部，按實施例1的方法寫入一個圖案，在250nm紫外線照射下，寫入圖案區產生紅色發光而未寫入區域產生蘭色發光。紫外線照射下的發光在室溫下保持永久不變。
實施例4用上述本發明的方法和具體步驟選用脈衝寬度120fs、波長775nm、脈衝頻率1KHZ、平均功率100mw的飛秒雷射束用5倍的透鏡聚焦到摻雜了8wt％AgPO3的25KPO3、25Ba(PO3)2、50Al(PO3)3(wt％)的玻璃內部，按實施例1的方法寫入一個立體圖案，在250nm紫外線照射下，寫入的隱形圖案再現成橙色。紫外線照射下的發光在室溫下保持永久不變。
權利要求
1．一種紫外線激發下再現三維彩色發光圖案的製備方法，是利用雷射將三維圖案寫入透明介質內部，其特徵在於是利用飛秒脈衝雷射誘導透明介質內部產生缺陷能級結構構成三維圖案，用紫外光激發，顯示三維彩色發光圖案，具體的步驟是1選取透明介質是摻雜有活性介質稀土元素銪、或釤、或鉺；或者摻雜有過渡金屬鐵、或錳、或鉻；或者摻雜有重金屬元素金、或銀的玻璃或者選取透明介質是氣相沉積方法製成的石英玻璃；2選用脈衝寬度為飛秒量級的飛秒脈衝雷射束，它的單位面積內能量密度大於或等於上述透明介質的缺陷閾值；3用計算機控制上述的飛秒脈衝雷射束聚焦點按照設定的圖案軌跡在上述透明介質內部進行移動掃描，完成圖案的寫入；4用紫外光照射上述寫有圖案的透明介質，顯示彩色發光圖案。
全文摘要
一種紫外線激發下再現三維彩色發光圖案的製備方法,是利用脈衝寬度為飛秒量級的能量密度大於或等於透明介質缺陷閾值的飛秒脈衝雷射誘導透明介質內部產生缺陷能級結構構成三維圖案,用紫外光激發,顯示三維彩色發光圖案。寫入透明介質內部的三維圖案,無論任何時候,只要用紫外光照射,就會再現彩色發光圖案,在室溫下永遠不變。特別適合在黑暗環境中觀賞這種彩色發光圖案,具有變幻特色。
文檔編號B44C5/00GK1304841SQ0110522
公開日2001年7月25日 申請日期2001年1月16日 優先權日2001年1月16日
發明者邱建榮 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所