[發明專利]一種通過飛秒激光誘導玻璃表面選擇性析晶的方法

有效

• 申請號: 201611111945.6
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN106746743B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 顏悅;李曉宇;姜良寶;厲蕾
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: C03C23/00
• 分類號: C03C23/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

本發明涉及一種玻璃表面選擇性析出晶體的方法，具體地說是一種通過飛秒激光誘導玻璃表面選擇性析晶的方法。(1)配置熔鹽與晶核劑混合物，并攪拌均勻，(2)將配置好的熔鹽與晶核劑混合物均勻平鋪于玻璃表面，(3)將平鋪好混合物的玻璃平放于鈦藍寶石飛秒激光器加工平臺上；(4)設定飛秒激光器各項參數指標，(5)將激光聚焦到玻璃樣品表面；(6)根據玻璃類型選擇激光功率P₁，在玻璃表面需要析出晶體的位置進行激光輻照，(7)輻照結束后將玻璃樣品取出，用去離子水清洗干凈玻璃表面。本發明通過在熔鹽中混合晶核劑，通過飛秒激光誘導玻璃表面析晶。本發明不需要玻璃原片中含有晶核劑，適用范圍更廣泛。

技術領域

本發明涉及一種玻璃表面選擇性析出晶體的方法，具體地說是一種通過飛秒激光誘導玻璃表面選擇性析晶的方法。

背景技術

1960年第一臺激光器誕生以來，激光技術得到了迅猛的發展。經過調Q、鎖模、特別是啁啾脈沖放大技術使得激光輸出強度越來越高，脈沖寬度越來越短，進一步出現了飛秒激光。飛秒激光具有極窄的脈沖寬度，在相對較低的脈沖能量下即可獲得極高的峰值功率。隨著飛秒鈦寶石激光器的研制成功，激光與材料相互作用進入了一個全新的領域。飛秒激光脈沖極窄，聚焦后能夠得到極大的功率密度，輻照時能夠在聚焦區域形成極大的場強，即使材料本身在激光波長處沒有本征吸收，也會由于飛秒激光誘導的多光子吸收以及多光子電離等非線性效應反應，使得飛秒激光可以應用于透明材料的三維選擇性微結構加工，并賦予材料特有的光學、力學性能。近年來，飛秒激光誘導特殊玻璃內部晶化的研究吸引了很多研究小組的注意。Miura等人在類BBO組成的玻璃內部用激光誘導析出β-BBO晶體束(K.Miura,J.Qiu,T.Mitsuyu,et al.Opt.Lett,2000,25(6),408-410)，Zhu等人用飛秒激光誘導摻雜Er³⁺的BaO-TiO₂-SiO₂玻璃，誘導出空間選擇性的光學晶體(B.Zhu,Y.Dai,H.Ma,etal.Opt.Express.2007,15:6069-6074)。CN200410018446.3采用飛秒激光在特定組成的玻璃內部誘導析出晶體。但這些研究所涉及的玻璃均需添加特殊組分作為晶核劑，縮小了空間選擇性析晶的應用范圍。

發明內容

本發明的目的是提出一種無需在玻璃內添加特殊組分作為晶核劑的通過飛秒激光誘導玻璃表面選擇性析晶的方法。本發明的技術解決方案是，(1)配置熔鹽與晶核劑混合物，并攪拌均勻，其中，熔鹽成分為硫酸鋰和硫酸鈉的混合物，硫酸鋰質量分數為88％-92％，硫酸鈉質量分數為4％-8％，晶核劑為二氧化鈦、氧化釩或二者的混合物，晶核劑質量分數為4％-6％；(2)將配置好的熔鹽與晶核劑混合物均勻平鋪于玻璃表面，玻璃表面混合物厚度為1-5mm；(3)將平鋪好混合物的玻璃平放于鈦藍寶石飛秒激光器加工平臺上；(4)設定飛秒激光器各項參數指標，激光波長為600-800nm，脈沖寬度為120-150fs，單脈沖最大能量為3-5μJ，重復頻率為220-250kHz；(5)將激光聚焦到玻璃樣品表面；(6)根據玻璃類型選擇激光功率P₁，在玻璃表面需要析出晶體的位置進行激光輻照，輻照時間t₁為1s-3s；(7)輻照結束后將玻璃樣品取出，用去離子水清洗干凈玻璃表面。

所述熔鹽與晶核劑混合物平鋪于玻璃表面，玻璃表面混合物厚度為1-2mm。

所述激光功率P₁為600mW-900mW。

所述玻璃成分為鋁硅酸鹽玻璃或鈉鈣硅酸鹽玻璃。

本發明具有的優點和有益效果，本發明通過在熔鹽中混合晶核劑，通過飛秒激光誘導玻璃表面析晶。本發明不需要玻璃原片中含有晶核劑，與現有飛秒激光或高溫離子交換誘導表面析晶的方法相比，適用范圍更廣泛。本發明可以實現玻璃表面的選擇性析晶。本發明制備的表面析晶的玻璃透光率高，霧度小。本發明工藝簡單、成本低并適合工業化生產。

附圖說明