[發明專利]一種基于缺陷誘導的空間選擇性析晶的微晶玻璃的制備方法

在審

• 申請號: 202111526588.0
• 申請日: 2021-12-14
• 公開（公告）號: CN114212985A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 周時鳳;馮旭;林銓華;邱建榮
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C03B32/02
• 分類號: C03B32/02;C03C10/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳智英

本發明屬于光學微晶玻璃的技術領域，公開了一種基于缺陷誘導的空間選擇性析晶的微晶玻璃的制備方法。方法：將內部有缺陷的母體玻璃進行熱處理，獲得空間選擇性析晶的微晶玻璃；所述熱處理的溫度為母體玻璃的析晶溫度；所述內部有缺陷的母體玻璃是將表面易析晶內部難析晶且為非量子點析晶的母體玻璃的內部制備出缺陷得到；所述缺陷是將激光聚焦到母體玻璃的內部制備出所需的孔洞缺陷。本發明的方法簡單，高效制備出空間選擇性析晶的微晶玻璃；而且晶體可以圍繞缺陷自動生長無需單點長時間激光輻照，制備圖案也無需逐點激光掃描，效率高；本發明的方法適用的晶體體系廣。

技術領域

本發明屬于光學微晶玻璃的技術領域，涉及一種基于缺陷誘導的空間選擇性析晶的微晶玻璃的制備方法。

背景技術

隨著萬物互聯的時代到來，光子器件在其中發揮著愈加重要的作用。相比于單晶體，玻璃制備過程簡單，是制備低成本光子器件的理想材料。

為了賦予玻璃材料光子學特性，常需要在玻璃內部空間選擇性誘導析晶，制備光子晶體結構。激光空間選擇性誘導析晶技術是目前常見的技術方案。根據析晶的原理，激光空間選擇性誘導析晶技術可分為兩種類型：

(1)、基于激光的局域熱場效應的空間選擇性析晶(如：S.D.McAnany,etal.Challenges?of?laser-induced?single-crystal?growth?in?glass:incongruentmatrix?composition?and?laser?scanning?rate.Cryst.Growth?Des.2019,19,4489.)。通過將激光聚焦到玻璃內部特定的位置，玻璃由于吸收光子能量而發熱使得玻璃的局域溫度升高到析晶溫度以上從而實現空間選擇性析出晶體。晶體析出的位置為激光聚焦位置。此方法適用的玻璃材料體系為容易析晶的玻璃體系。但由于玻璃吸收光子升溫到析晶溫度需要時間，單點照射時間為秒級到分鐘級，制備復雜光子晶體圖案時需要耗時較長。

(2)、基于玻璃局域網絡破壞的空間選擇性析晶(如：H.D.Zeng,et?al.Space-selective?precipitation?of?gold?nanoparticles?in?glass?induced?by?femtosecondlaser?and?spectra?properties.Acta?Optica?Sinica?2003,23,1076.；CN?110540362A)。通過將激光聚焦到玻璃內部的特定位置，激光破壞玻璃的網絡結構，量子點晶體(如：金、銀單質或鈣鈦礦型量子點)結構較為松散，可直接從玻璃網絡中析出。技術上通常會再加輔助熱場增強析出的效果。晶體析出的位置為激光聚焦位置。此方法適用的玻璃材料體系為量子點析晶的玻璃體系。單點掃描時間為亞秒到秒量級。輔助熱場作用時間為小時量級(10小時)。此方法制備復雜光子晶體圖案時效率較局域熱場效應的空間選擇性析晶技術效率高，但是適用的玻璃體系范圍窄，僅局限于析出晶體為量子點體系。

此外，上述兩種方法晶體析出的位置為激光聚焦的位置，逐點掃描是唯一的掃描方式，制備的效率較低。

發明內容

為了克服基于激光的局域熱場效應的空間選擇性析晶技術制備復雜光子晶體結構需時較長，基于玻璃局域網絡破壞的空間選擇性析晶技術適用體系局限，以及上述兩種方法制備光子晶體結構需要逐點掃描效率較低的缺點，本發明的目的在于提供一種高效空間選擇性析晶，且析出晶體不為量子點的微晶玻璃的制備方法。本發明利用激光在表面易析晶內部難析晶的母體玻璃內部空間選擇性制備缺陷。表面易析晶內部難析晶的玻璃體系內部結晶勢壘較大一般難以結晶，但激光制備的缺陷表面可以充當非均勻成核的中心，降低結晶勢壘。在熱場作用下玻璃加熱到析晶溫度，晶體將沿缺陷表面的法線方向自動生長，晶體取向為晶體生長速率最快的方向。而其余位置由于結晶勢壘較大而難以析晶，從而達到空間選擇性析晶的目的。

本發明的目的通過以下技術方案實現：