[发明专利]含银偏振玻璃的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤通信和光电显示领域，特别涉及到光学偏振玻璃的制备技术。

背景技术

光学玻璃需求的增加促进了人们对新型光学功能玻璃的开发，使得半导体掺杂玻璃、稀土掺杂玻璃和金属粒子掺杂玻璃大量出现。以前金属粒子掺杂玻璃多用于产生特殊色光的吸收，1968年S.D.Stookey和R.J.Araujo发现了含有几何形状不对称银粒子的玻璃具有二向色性，从此人们开始了光学偏振玻璃的研究和开发。S.D.Stookey等人分析玻璃中金属粒子行为时将其视为电子气，而且它的平均自由程比大块金属晶体时的短。Kelly Jones和Mark Taylor等人把金属粒子的偏振行为归因于金属中传导电子的振荡吸收，即电子等离子振荡机制。当金属粒子呈细长棒状时，平行于金属粒子长度方向振动的光子被金属粒子的电子等离子振荡吸收，将光能转化为热能；而垂直于金属粒子长度方向振动的光子无阻碍地通过，产生了光波的偏振。与此结构和原理相类似的偏振片有金属细丝光栅偏振片。

当前一般生产光学偏振玻璃的工艺流程为：1.玻璃的熔融：将玻璃原料和卤化银混合升温至熔融状态，并将它们均匀化和纯化后冷却成型。在这一过程中，玻璃的纯度和银粒子分布的均匀性是偏振片性能的关键因素。2.热处理：热处理的作用是消除玻璃成型过程中的应力，并使卤化银粒子聚集长大，有利于提高偏振片的性能。在这一阶段，光学偏振玻璃中将出现尺寸为20～500nm的卤化银粒子。3.延伸：这是最终形成不对称形状银粒子均匀定向排布的关键步骤。目前所用的延伸工艺多为热轧，热处理后在玻璃的软化点(约663℃)和徐冷点(约495℃)之间保温进行轧制，使卤化银粒子呈棒状，长径比为2∶1～5∶1，沿延伸方向排列。4.研削研磨加工：延伸的板厚设计为研削研磨加工留有余量，研削研磨是达到规定尺寸的主要方法。目前生产的光学偏振玻璃有0.5mm和10mm两种厚度，而先进的技术可以制造0.2mm厚的偏振片。5.还原烧成：研削研磨后，在氢气气氛中，在250～495℃进行还原烧成。此过程主要是为了将卤化银粒子还原成银粒子，一般是将板的两面表面层50μm范围内的卤化银粒子还原。另外该过程还可以去除延伸过程的应力，使偏振片的性能更稳定。1980年，康宁公司将热延伸过程改进为挤压过程，但无具体的文献说明。1982年，LentzW.P.等以及1997年Berg K.J.等利用拉伸玻璃平板的方法得到了偏振玻璃。中国武汉工业大学和武汉邮电科学院合作将玻璃块置于拉伸炉中，一端固定另一端加拉力，制成了有一定偏振作用的玻璃片。以上的方法中，拉伸过程中的拉力和玻璃或加热区的移动速度都需要精确的控制。

对比轧制、挤压和拉伸三种方法，轧制和挤压过程中要解决玻璃的粘膜问题，而且设备较为复杂；同时还需控制温度分布，以使变形区处于最高温度范围，甚至要外加冷却系统，使刚变形的部分迅速冷却，以保证被拉长的粒子不发生回复。拉伸方法虽然不需要考虑粘膜和控温问题，但要控制拉力、速度和加热区温度。玻璃的抗拉能力有限，特别对温度比较敏感，所以拉力、速度和加热区温度的配合非常重要。即是如此，所施加的拉力也要有一定的限制，而且拉伸过程中的断裂也时有发生，因此所得的偏振玻璃性能较轧制和挤压要差。一般而言，拉伸法都需要经过多次拉伸，这就带来了另外的困难，一是多次升温会影响粒子的大小和分布，增加了控制的难度。二是多次拉伸过程中玻璃的形状很难控制。

由于现有的光学偏振玻璃中分布的是长粒状的银粒子，虽然粒子的大致取向一致，但由于制造工艺决定的粒子的分布却是无序的。这种结构的光学偏振玻璃不可避免的会存在银粒子分布均匀性，粒子的长径比不一至以及单个粒子的粗细(短轴径)不同等问题。这就需要制备过程中的复杂的控制手段，导致工艺过程的可控性较差，成品率低等问题。而且不同批次的产品光学特性差异较大，对大批量工业生产造成了困难，使得生产成本较高。尽管当前的光学偏振玻璃虽然可以达到较高的消光比和透过率，但若想进一步提高其性能参数就变得非常困难。从工艺上讲，光学偏振玻璃的生产还沿袭着传统的玻璃制造工艺—熔融后成型，磨削加工，玻璃的纯度和均匀性控制业已接近了极限，而且制造成本很高。从性能上讲，光学偏振玻璃的消光比有待于进一步的提高，以适应光纤通讯领域的应用；现有光学偏振玻璃的透过率、耐热稳定性和光损伤阀值有待于进一步提高。因此目前急需光学偏振玻璃的设计及制造工艺创新性的思路和解决方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种含银偏振玻璃的制备方法，其中，偏振效应由银粒子带提供；银粒子带由光刻和喷涂完成。