[发明专利]适用于光学功能元件的玻璃及其制备方法

说明书

一种适用于光学功能元件的玻璃及其制备方法，(a)含有至少一种非金属元素的化合物的基体；(b)选择性地形成在基体中的颗粒。该颗粒由至少一种非金属元素构成。一种制造这种玻璃的方法，包括：(a)提供含有至少一种非金属元素的化合物的空白玻璃；(b)将脉冲激光束冷凝到空白玻璃中的焦点，使得在与聚焦，所述颗粒由从所述化合物中分离的至少一个非金属元素构成；(c)移动所述空白玻璃中的焦点以产生所述颗粒的图案。该玻璃适用于光学功能元件。

技术领域

本发明涉及玻璃制造领域，具体是一种适用于光学功能元件的玻璃及其制备方法。

背景技术

已知用于形成具有基本等于光波长的周期的人工多维循环或周期结构的几种方法。目前，通过提供的偏压溅射方法在所得衬底上层压多层膜的方法。用Si靶、SiO2靶和旋转衬底电极在同一腔室中。另一方面，将126nm波长的Ar准分子激光束和真空下的电子线施加到SiO2玻璃表面，从而切断Si-O键，从而可以形成Si的工艺被称为从玻璃产生非金属离子的工艺。然而，由于大部分准分子激光束和电子线被吸收在玻璃的表面，所以硅的形成只发生在玻璃的表面，硅不能选择性地沉积在玻璃的内部。因此，该方法不允许形成多维循环结构。关于人工多维循环结构的形成，上述纤维板拉伸方法，其中纤维板沿一个方向拉伸，原则上允许形成多达二维循环结构。在使用干法蚀刻技术的方法中，存在对纵横比(深度与直径的比率)的限制，从而限制三维布置的周期性。偏置溅射方法允许选择结构(形状)，并且对周期性没有限制，该方法能够形成三维循环结构。然而，用这种方法形成的循环结构受干法蚀刻技术形成的衬底的形状影响很大。因此，可以形成均匀的循环结构，但是难以形成不连续循环的结构，并且难以连续形成不同图案的循环结构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足而提供一种适用于光学功能元件的玻璃及其制备方法，硅能够选择性地沉积在玻璃的内部，形成多维循环结构。

本发明的技术方案是：包括至少一种非金属元素的化合物的基体，以及在所述基体中选择性形成的颗粒，所述颗粒由所述至少一个非金属元素构成，所述非金属元素通过使脉冲激光束在所述基体中冷凝而与所述化合物分离；所述化合物至少是一种非金属元素的氧化物，非金属元素选自Si、B、C、P、Se和Te，所述颗粒由所述至少一种非金属元素组成，非金属元素选自Si、B、C、P、Se和Te；所述氧化物是选自SiO2、B2O3、P2O5、SeO2和TeO2的组中的至少一种。

所述化合物是卤化物，包含从由Si、B、C、P、Se和Te组成的组中选择的所述至少一种非金属元素；所述化合物是有机化合物，所述颗粒由碳制成。

还包括构成所述基体的阳离子，除了所述化合物，所述阳离子比所述至少一个非金属元素的离子可还原性差。

一种生产适用于光学功能元件的玻璃的方法，包括提供作为所述玻璃的原料的空白玻璃，空白玻璃包括至少一种非金属元素的化合物；将脉冲激光束冷凝到空白玻璃中的焦点，使得颗粒选择性地在空白玻璃中相应位置形成连接到所述焦点，所述颗粒由与所述化合物分离的所述至少一个非金属元素制成；移动空白玻璃中的焦点以产生颗粒的图案。

所述颗粒的图案是点和/或线的形式。

所述空白玻璃中的正离子与包含在所述空白玻璃中的负离子的摩尔比大于所述正离子与所述负离子的化学计量摩尔比。

本发明的有益效果在于：硅能够选择性地沉积在玻璃的内部，形成多维循环结构。

附图说明

图1是根据本发明的非金属颗粒沉积方法的装置的示意图。

具体实施方式

图1中，本发明可以通过在玻璃材料(基体)的内部以周期基本上等于即光的波长，从而形成具有周期与光的波长的周期基本相等的周期的人工多维循环或周期结构。该玻璃可有效地应用于光学功能元件，例如光学滤波器、光波复用与解复用装置以及光色散补偿元件，其适于控制二维或三维空间中的光。因此，根据本发明，可以提供具有任意图案的多维循环结构的非金属沉积玻璃，并且提供一种易于形成多维循环结构的方法，以及用于制造具有形成图案的高度自由度。本发明的非金属化合物(即，至少一种非金属元素的化合物)可以是氧化物、卤化物等，其中含有至少一种选自Si、B、C、P、Se和Te的非金属元素。沉积的非金属颗粒由从非金属化合物中分离的至少一个非金属元素(选自Si、B、C、P、Se和Te)制成。所述非金属颗粒沉积玻璃是通过将脉冲激光束冷凝或会聚地施加到含有非金属化合物的玻璃材料(即，空白玻璃)上而形成的，使得会聚点位于玻璃材料的内部。通过在玻璃材料内部相对移动会聚点，或者在相对时打开和关闭激光束，在激光束会聚点(即，焦点)附近的位置上以点状或线性状态选择性地沉积非金属颗粒。伊利移动会聚点。由此，可以形成多维循环或周期结构，其中非金属颗粒沉积成任意形状，例如，点状或线性形状。在本发明中，脉冲激光束会聚地施加到玻璃内部，从而折射率随脉冲光束的强度分布而变化，在玻璃内部发生。结果，脉冲光束在玻璃内部自会聚(不发散，而是在预定距离上继续会聚，尽管会聚光主要再次发散)以引起局部能量密度增加。当达到预定能量密度时，由于多光子吸收，光能被传输到玻璃，其中吸收系数与激光束强度的第n次功率成比例，即使当玻璃的光吸收区域和波长o时。f脉冲光束不一致。由于在玻璃内部的局部区域瞬时累积的能量，对应于激光束会聚点的玻璃部分的温度和压力瞬时增加。因此，玻璃中所含的非金属化合物被解离，由解离后的非金属(以元素形式)聚集在一起形成的颗粒沉积在激光束会聚点附近的位置。施加到玻璃上的脉冲激光束的脉冲宽度没有特别限制，但是，当消耗光能用于玻璃的膨胀和热扩散时，非金属颗粒的沉积效率可能劣化。因此，优选使用具有最小可能的脉冲宽度的激光束，在短时间内将光能传输到玻璃，并且设置脉冲宽度不大于500毫微秒。通过施加脉冲激光束在玻璃内部沉积的非金属颗粒包括Si、B、C、P、Se、Te及其复合材料。例如，要包含在用于在其中沉积硅的玻璃材料中的非金属化合物包括SiO2、用于沉积B、B2O3、用于沉积P、P2O5、用于沉积Se、SeO2、以及用于沉积Te、诸如TeO2的非金属元素的氧化物和含有非金属元素的ha。李德。当考虑到玻璃的生产时，非金属颗粒优选在常温(例如，室温)下以固体的形式存在。当有机物质作为非金属化合物加入时，可以沉积碳。其中玻璃材料(基体)由第一阳离子(例如，Ti离子、Zr离子和Al离子)形成，第一阳离子比非金属元素的第二阳离子(例如，Si4+)不易还原。由此，与第一阳离子相比，通过将脉冲激光束冷凝在空白玻璃中，第二阳离子选择性地更容易地还原为非金属元素，从而形成非金属颗粒。