[发明专利]一种稀土掺杂透明卤化物分相玻璃的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土掺杂透明卤化物分相玻璃的制备方法，具体涉及到飞秒激光在透明介质中写读的三维光存储材料的制备。

技术背景

飞秒激光由于脉宽很窄，能在物质吸收激光能量，并最终以热能的形式传递给晶格的特征时间内，将能量注入材料中具有高度空间选择的区域，实现热的影响很少的纳秒和皮秒激光难以实现的材料超精细加工。同时，即使材料本身在激光波长处不存在本征吸收，由于聚焦飞秒激光的焦点附近具有超高电场强度(～10¹⁰V/cm)，也会因激光诱导多光子吸收、多光子离子化等非线性反应。因此，通过飞秒激光可以实现空间高度选择性的微结构改性，并赋予材料独特的光功能。上世纪九十年代，日本的三浦清贵等通过飞秒激光改变透明介质的微纳结构来实现三维光存储，特别是利用超短脉冲激光改变玻璃中稀土离子价态变化的研究成果让人们看到了三维光存储器件化的曙光。(A.Toriumi，S.Kawata，Reflection confocal microscope readout system for three-dimensional photochromic optical datastorage.Opt Lett，23(1998)1924.)浙江大学的邱建荣教授发表的有关利用飞秒激光实现含金离子玻璃的实现可擦写三维光存储的研究结果。(J.Qiu，X.Jiang，C.Zhu，et al.，Manipulation ofgold nanoparticles inside transparent materials，Angew，Chem.Int.Ed.43(2004)2234.)

由于理论上、技术上可行度较高的缘故，利用飞秒激光改变透明介质实现三维光存储的研究主要集中在改变稀土离子价态的研究上。在Qiu等研究中发现，稀土离子并不是在所有的玻璃中都能实现价态变化，它与玻璃的组成有着很大的关系，即玻璃的光学碱度与稀土离子周围玻璃组分的极化率对稀土离子价态变化有着支配性的影响(J.Qiu，M.shirai，T.Nakaya，et al.，Space-selective precipation of silver nanoparticles inside glasses，Appl.Phys.Lett.81(2002)3040.)。要使利用飞秒激光改变玻璃中稀土离子价态实现三维光存储实用化，就必须降低离子价态变化的能量阈值，而这取决于玻璃材料的本身。在选择对稀土离子有还原性的玻璃体系往往其化学稳定性，机械强度等都相对较弱，因此，单一相的还原性强的玻璃系统也不能成为器件化的基础材料。而对于一般对稀土离子没有还原性的玻璃体系，玻璃的稳定性和机械强度较好，但玻璃基质中稀土离子价态能量变化阈值通常较高，也不利于飞秒激光改变玻璃中稀土离子价态实现三维光存储实用化。

卤化物玻璃具有较好的机械性能，有望用于飞秒激光的三维信息刻写，但这类玻璃的主要成分为高纯的金属卤化物，在制备过程中金属卤化物在空气中具有很强的吸湿性，容易吸收空气中的水分引起潮解，变质，并且引入羟基，一方面影响玻璃的性质的透明性和机械性能，以及稀土离子的发光强度；另外一方面，空气中的氧气也会与金属卤化物进行反应，在玻璃基体中引入羟基，从而影响玻璃的性质。

发明内容

为克服现有稀土掺杂透明卤化物分相玻璃，在飞秒激光作用下实现信息刻写时，易受外界条件影响的缺点，本发明提供一种用于飞秒激光刻写的三维光信息存储的稀土掺杂透明卤化物分相玻璃的制备方法。

本发明的构思是：当飞秒激光作用到玻璃中时，与稀土离子配位的O、F离子相比，Cl、Br更容易给出电子，而与稀土间产生电子授受，使稀土离子还原，从而降低基于离子价态变化的光存储阈值。本发明旨在提供一种新型稀土掺杂透明卤化物分相玻璃材料，该材料是在化学稳定性好，机械强度高的玻璃中引入卤化物(Cl、Br)相，经飞秒激光聚光照射后，使局部区域发生相变，并使稀土离子选择性地进入到析出相(引入的第二相为主成分)中，从而降低稀土离子价态变化的能量阈值，得到既具有优良的稳定性能和机械强度，又能使稀土离子价态容易改变的基质材料，本发明的成果对于三维光存储的实际应用具有非常重要意义。

本发明的目的通过下列技术方案完成：一种稀土掺杂透明卤化物分相玻璃的制备方法，其特征在于经过下列工艺步骤：

A、在手套箱中按下列摩尔百分比配料，并进行组分的混合：

AlF₃    25～40mol％

MF₂     5～63mol％

MX₂     1～15mol％