專利名稱：飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃，特別是一種飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的 方法。
背景技術(shù)：
由于金屬納米粒子與介質(zhì)間的相互作用，以及納米粒子的表面效應(yīng)和量子尺寸效 應(yīng)，含金屬納米顆粒的玻璃材料具有優(yōu)越的非線性光學(xué)特性，使這種材料具有獨(dú)特的光學(xué)、 電學(xué)和光電轉(zhuǎn)換特性，在開發(fā)具有特定光功能的光學(xué)元器件領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。另外 在激光脈沖作用下，它具有多光子光電發(fā)射特性，在飛秒超短激光脈沖作用下，它表現(xiàn)了超 快時(shí)間響應(yīng)的光學(xué)瞬態(tài)弛豫，這種玻璃在超快光電子器件中有很強(qiáng)的應(yīng)用背景。在玻璃材 料中制備金屬納米顆粒、研究金屬納米顆粒的形成機(jī)制與行為，是目前光學(xué)與材料學(xué)領(lǐng)域 的一大研究前沿。金屬納米顆?？梢酝ㄟ^不同的方式引入玻璃基體中，如傳統(tǒng)的熱處理方法、離子 注入法、離子交換法、光熱誘導(dǎo)法和溶膠凝膠法等。另外隨著大規(guī)模集成微電子和光電子技 術(shù)的發(fā)展，需要能在光學(xué)材料的內(nèi)部形成可控三維微結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)器件多功能化和集成化， 這對(duì)在玻璃中制備金屬納米顆粒的技術(shù)提出了更高的要求。現(xiàn)階段只有通過激光誘導(dǎo)這種 方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在玻璃內(nèi)部制備含有金屬納米顆粒的三維可控微結(jié)構(gòu)，但到目前為止，該方 法僅實(shí)現(xiàn)了金、銀、鉬三種貴金屬及銅的納米晶的可控微結(jié)構(gòu)。在玻璃中誘導(dǎo)其他金屬或半 導(dǎo)體納米晶仍未實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法， 使玻璃通過計(jì)算機(jī)控制飛秒激光誘導(dǎo)的方法，可獲得含有各種金屬或半導(dǎo)體納米晶的三維 微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法，特征在于包括下列 步驟①制備具有可激光誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的母玻璃；②將母玻璃切成塊狀，并進(jìn)行六面拋光，該拋光的母玻璃置于三維平移臺(tái)上；③選擇激光脈沖寬度為40fs lps、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHZ的飛秒激 光作光源，發(fā)出的激光束經(jīng)過聚焦后，焦斑的功率密度大于1014W/cm2，使激光束聚焦于所述 的母玻璃上述表面經(jīng)過拋光的母玻璃內(nèi)部；④進(jìn)行激光照射，計(jì)算機(jī)同步控制所述的三維平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和激光聚焦位置，以 在所述的玻璃內(nèi)部誘導(dǎo)析出含有相應(yīng)的納米晶的三維微結(jié)構(gòu)。所述的激光誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的母玻璃包括Si納米晶母玻璃、Ge納 米晶母玻璃、Pb納米晶母玻璃、Bi納米晶母玻璃、Cu納米晶母玻璃和Ga納米晶母玻璃。
所述的si納米晶母玻璃的制備方法，包括下列步驟①從下列該玻璃組分及其摩爾百分比含量的選定范圍組分mol%Na205 15B20340 48Si0240 45A10. 5 4 ；選定玻璃的成分和摩爾百分比，按該選定的配比稱量一定總量的各原料，在瑪瑙 研缽中研磨2小時(shí)將原料混合均勻；②將研磨好的原料放入剛玉坩堝內(nèi)，于1450°c進(jìn)行熔化，保溫時(shí)間1小時(shí)形成玻 璃熔液；③將所述的玻璃熔液澆注在一塊不銹鋼板上，并用另一鋼板輕壓平，降溫至室溫 得所述的透明的si納米晶母玻璃。所述的ge納米晶母玻璃的制備方法，包括下列步驟①從下列該玻璃組分及其摩爾百分比含量的選定范圍組分mol%
Na205 ‘15
b2o340 --45
Ge0240 ‘ 45
A11 --5 ；選定玻璃的成分和摩爾百分比，按該選定的配比稱量一定總量的各原料，在瑪瑙 研缽中研磨2小時(shí)將原料混合均勻；②將研磨好的原料放入剛玉坩堝內(nèi)，于1450°C進(jìn)行熔化，保溫時(shí)間1小時(shí)形成玻 璃熔液；③將所述的玻璃熔液澆注在一塊不銹鋼板上，并用另一鋼板輕壓平，降溫至室溫 得所述的透明的ge納米晶母玻璃。所述的pb納米晶母玻璃的制備方法，包括下列步驟①從下列該玻璃組分及其摩爾百分比含量組分mol%
Na205 ^ 15
b2o340 --45
Si0240 ‘ 45
Pb021 ^ 6
A11 --5 ；選定玻璃的成分和摩爾百分比，按該選定的配比稱量一定總量的各原料，在瑪瑙 研缽中研磨2小時(shí)將原料混合均勻；②將研磨好的原料放入剛玉坩堝內(nèi)，于1450°C進(jìn)行熔化，保溫時(shí)間1小時(shí)形成玻 璃熔液；③將所述的玻璃熔液澆注在一塊不銹鋼板上，并用另一鋼板輕壓平，降溫至室溫
6得所述的透明的pb納米晶母玻璃。所述的bi納米晶母玻璃的制備方法，包括下列步驟①從下列該玻璃組分及其摩爾百分比含量組分mol%
Na205 -15
b2o340廣 45
Si0240 45
Bi2031 ‘6
a11 --5 ；選定玻璃的成分和摩爾百分比，按該選定的配比稱量一定總量的各原料，在瑪瑙 研缽中研磨2小時(shí)將原料混合均勻；②將研磨好的原料放入剛玉坩堝內(nèi)，于1450°c進(jìn)行熔化，保溫時(shí)間1小時(shí)形成玻 璃熔液；③將所述的玻璃熔液澆注在一塊不銹鋼板上，并用另一鋼板輕壓平，降溫至室溫 得所述的透明的bi納米晶母玻璃。所述的cu納米晶母玻璃的制備方法，包括下列步驟①從下列該玻璃組分及其摩爾百分比含量組分mol%Na205 15B20340 45Si0240 45CuO0. 2 4A10. 5 4 ；選定玻璃的成分和摩爾百分比，按該選定的配比稱量一定總量的各原料，在瑪瑙 研缽中研磨2小時(shí)將原料混合均勻；②將研磨好的原料放入剛玉坩堝內(nèi)，于1450°c進(jìn)行熔化，保溫時(shí)間1小時(shí)形成玻 璃熔液；③將所述的玻璃熔液澆注在一塊不銹鋼板上，并用另一鋼板輕壓平，降溫至室溫 得所述的透明的cu納米晶母玻璃。所述的ga納米晶母玻璃的制備方法，包括下列步驟①從下列該玻璃組分及其摩爾百分比含量組分mol%
Na205 ^ 15
b2o340 --45
Si0240 ‘ 45
Ga021 ^ 6
A11 --5 ； 選定玻璃的成分和摩爾百分比，按該選定的配比稱量一定總量的各原料，在瑪瑙 研缽中研磨2小時(shí)將原料混合均勻；
②將研磨好的原料放入剛玉坩堝內(nèi)，于1450°C進(jìn)行熔化，保溫時(shí)間1小時(shí)形成玻 璃熔液；③將所述的玻璃熔液澆注在一塊不銹鋼板上，并用另一鋼板輕壓平，降溫至室溫 得所述的透明的Ga納米晶母玻璃。含有金屬納米顆粒的玻璃原理是這種玻璃組成為鈉硼硅，這種玻璃基質(zhì)具有很 強(qiáng)的還原性，在玻璃熔制過程中，加入的金屬粉末如果金屬活性比較低的就會(huì)直接以原子 團(tuán)簇的形態(tài)存在，加入還原性金屬時(shí)就會(huì)與玻璃基質(zhì)中活性比較低的金屬發(fā)生置換反應(yīng)， 這樣制得的玻璃中也會(huì)含有置換出來的原子團(tuán)簇。通過飛秒激光誘導(dǎo)方法，由于250kHz的 飛秒激光經(jīng)過聚焦后功率密度非常高，聚焦的區(qū)域溫度高達(dá)上千K，且具有很強(qiáng)的熱累積作 用。玻璃中的原子團(tuán)簇也可以在熱作用下不斷長大，同時(shí)由于飛秒脈沖激光與玻璃的非線 性相互作用所誘導(dǎo)的具有空間選擇性的反應(yīng)，可以在透明玻璃內(nèi)部形成可控三維微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明利用飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)出各種金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法與現(xiàn)階段 的激光誘導(dǎo)方法和其他方法如熱處理、離子注入法等具有以下優(yōu)勢1、可以用飛秒激光誘導(dǎo)出含有Si、Ge、Pb、Cu、Bi、Ga納米晶，這些納米晶在以往的 激光誘導(dǎo)方法中都還沒實(shí)現(xiàn)。這種玻璃在開發(fā)具有特定光功能的光學(xué)元器件領(lǐng)域如超快光 電子器件等有廣泛的應(yīng)用前景。2、通過飛秒激光誘導(dǎo)，可以在透明玻璃內(nèi)部形成含有納米晶的可控三維微結(jié)構(gòu)， 這樣可以實(shí)現(xiàn)器件多功能化和集成化。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)例1在玻璃中誘導(dǎo)析出含有Si納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Si納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為5% Na20-48% BA-45% Si02-2% A1，按組分配比稱量50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨1小時(shí)，然后置于剛玉 坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一塊不銹鋼板上，并用 另一塊鋼板輕壓，得到無色透明的母玻璃，然后將該母玻璃切塊拋光。置于三維移動(dòng)平臺(tái) 上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所述的三維 移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫光柵，即在 玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃內(nèi)部寫入光 柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有半導(dǎo)體Si納米晶的光柵。實(shí)例2在玻璃中誘導(dǎo)析出含有Si納米晶在玻璃中誘導(dǎo)析出含有Si納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為10% Na20-45. 5%B203-4% 0Si02-0. 5% A1，按組分配比稱量50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨1小時(shí)， 然后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一塊不銹 鋼板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將母玻璃切塊拋光。置于三 維移動(dòng)平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為300fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所 述的三維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫光 柵，即在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃內(nèi) 部寫入光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有半導(dǎo)體Si納米晶的光柵。
實(shí)例3在玻璃中誘導(dǎo)析出含有Si納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Si納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為15% Na20-40%B203-41 % Si02_4% A1，按組分配比稱量50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨1小時(shí)，然后 置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一塊不銹鋼板 上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋光置于三維移動(dòng)平 臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所述的三 維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫光柵，即 在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃內(nèi)部寫入 光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有半導(dǎo)體Si納米晶的光柵。實(shí)例4在玻璃中誘導(dǎo)析出含有Ge納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Ge納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為5% Na20"44% B203"40% Si02-6% Ge02-5% Al，按組分配比稱量50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨1小時(shí)，然后 置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一塊不銹鋼板 上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將母玻璃切塊拋光置于三維移動(dòng) 平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為30fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所述的三 維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫光柵，即 在玻璃內(nèi)部將600mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃內(nèi)部寫入 光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有半導(dǎo)體Ge納米晶的光柵。實(shí)例5在玻璃中誘導(dǎo)析出含有Ge納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Ge納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為8% Na20-45% B203-45% Si02-1% Ge02-1% A1，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨1小時(shí)，然 后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一塊不銹鋼 板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將母玻璃切塊拋光置于三維移 動(dòng)平臺(tái)上。選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所 述的三維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫光 柵，即在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃內(nèi) 部寫入光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有半導(dǎo)體Ge納米晶的光柵。實(shí)例6玻璃中誘導(dǎo)析出含有Ge納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Ge納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為15% Na20-41% B203-41 % Si02_l. 5% Ge02_l. 5% Al，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中 研磨1小時(shí)，然后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆 注在一塊不銹鋼板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將母玻璃切塊 拋光置于三維移動(dòng)平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為lps、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的 激光源。所述的三維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光 照射，寫光柵，即在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光 的玻璃內(nèi)部寫入光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有半導(dǎo)體Ge納米晶的光柵。實(shí)例7玻璃中誘導(dǎo)析出含有Pb納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Pb納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為5% Na20-44% B203"40% Si02-6% Pb02-5% Al，按組分配比稱量50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨1小時(shí)，然后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一塊不銹鋼板 上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋光置于三維移動(dòng)平 臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所述的三 維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫光柵，即 在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃內(nèi)部寫入 光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有金屬Pb納米晶的光柵。實(shí)例8玻璃中誘導(dǎo)析出含有Pb納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Pb納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為8% Na20-45% B203"45% Si02-1% Pb02-1% A1，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨1小時(shí)，然 后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一塊不銹鋼 板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋光置于三維移動(dòng) 平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所述的三 維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫光柵，即 在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃內(nèi)部寫入 光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有金屬Pb納米晶的光柵。實(shí)例9玻璃中誘導(dǎo)析出含有Pb納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Pb納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為15% Na20-41% B203-41 % Si02_l. 5% Pb02_l. 5% Al，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中 研磨1小時(shí)，然后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆 注在一塊不銹鋼板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋 光置于三維移動(dòng)平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的 激光源。所述的三維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光 照射，寫光柵，即在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光 的玻璃內(nèi)部寫入光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有金屬Pb納米晶的光柵。實(shí)例10玻璃中誘導(dǎo)析出含有Cu納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Cu納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為5% Na20-44% B203-43% Si02-4% CuO-4% Al，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨1小時(shí)，然 后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一塊不銹鋼 板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋光置于三維移動(dòng) 平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所述的三 維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫光柵，即 在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃內(nèi)部寫入 光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有金屬Cu納米晶的光柵。實(shí)例11玻璃中誘導(dǎo)析出含有Cu納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Cu納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為9.3% Na20-45% B203-45% Si02-0. 2% Cu0-0. 5% Al，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中 研磨1小時(shí)，然后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆 注在一塊不銹鋼板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋 光置于三維移動(dòng)平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所述的三維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光 照射，寫光柵，即在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光 的玻璃內(nèi)部寫入光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有金屬Cu納米晶的光柵。實(shí)例12玻璃中誘導(dǎo)析出含有Cu納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Cu納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為15% Na20-41% B203-41 % Si02-1% Cu0-2% Al，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨 1小時(shí)，然后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一 塊不銹鋼板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋光置于 三維移動(dòng)平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。 所述的三維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫 光柵，即在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃 內(nèi)部寫入光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有金屬Cu納米顆粒的光柵。實(shí)例13玻璃中誘導(dǎo)析出含有Bi納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Bi納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為5% Na20-44% B203"40% Si02-6% Bi203-5% A1，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨1小時(shí)，然 后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一塊不銹鋼 板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋光置于三維移動(dòng) 平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所述的三 維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫光柵，即 在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃內(nèi)部寫入 光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有金屬Bi納米晶的光柵。實(shí)例14玻璃中誘導(dǎo)析出含有Bi納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Bi納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為8% Na20-45% B203-45% Si02-1% Bi203-1 % A1，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨1小時(shí)，然 后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一塊不銹鋼 板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋光置于三維移動(dòng) 平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所述的三 維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫光柵，即 在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃內(nèi)部寫入 光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有金屬Bi納米晶的光柵。實(shí)例15玻璃中誘導(dǎo)析出含有Bi納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Bi納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為15% Na20-41%B203"41%Si02-l. 5%Bi203-l. 5% A1，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中 研磨1小時(shí)，然后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆 注在一塊不銹鋼板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋 光置于三維移動(dòng)平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的 激光源。所述的三維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光 照射，寫光柵，即在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光 的玻璃內(nèi)部寫入光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有金屬Bi納米晶的光柵。
實(shí)例16玻璃中誘導(dǎo)析出含有Ga納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Ga納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為5% Na20-44% B203"40% Si02-6% Ga02-5% Al，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨1小時(shí)，然 后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一塊不銹鋼 板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋光置于三維移動(dòng) 平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所述的三 維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫光柵，即 在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃內(nèi)部寫入 光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有Ga納米晶的光柵。實(shí)例17玻璃中誘導(dǎo)析出含有Ga納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Ga納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為8% Na20-45% B203-45% Si02-1% Ga02-1% A1，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中研磨1小時(shí)，然 后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆注在一塊不銹鋼 板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋光置于三維移動(dòng) 平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的激光源。所述的三 維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光照射，寫光柵，即 在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光的玻璃內(nèi)部寫入 光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有Ga納米晶的光柵。實(shí)例18玻璃中誘導(dǎo)析出含有Ga納米晶該玻璃中誘導(dǎo)析出含有Ga納米晶的母玻璃的組分及摩爾百分比為15% Na20-41% B203-41 % Si02_l. 5% Ga02_l. 5% Al，按組分配比稱大約50g原料，在瑪瑙坩堝中 研磨1小時(shí)，然后置于剛玉坩堝中在1450°C熔融1小時(shí)形成玻璃熔液；將玻璃熔液快速澆 注在一塊不銹鋼板上，并用另一塊鋼板輕壓，可得到無色透明的母玻璃，然后將玻璃切塊拋 光置于三維移動(dòng)平臺(tái)上，選擇激光脈沖寬度為150fs、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的 激光源。所述的三維移動(dòng)平臺(tái)和激光源在計(jì)算機(jī)軟件同步控制下對(duì)所述的母玻璃進(jìn)行激光 照射，寫光柵，即在玻璃內(nèi)部將800mW的激光用50倍(NA = 0. 80)物鏡聚焦后照射到拋光 的玻璃內(nèi)部寫入光柵，這樣就可以在玻璃內(nèi)部獲得含有Ga納米晶的光柵。
權(quán)利要求
一種飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法，特征在于包括下列步驟①制備具有可激光誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的母玻璃；②將母玻璃切成塊狀，并進(jìn)行六面拋光，該拋光的母玻璃置于三維平移臺(tái)上；③選擇激光脈沖寬度為40fs～1ps、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHZ的飛秒激光作光源，發(fā)出的激光束經(jīng)過聚焦后，焦斑的功率密度大于1014W/cm2，使激光束聚焦于所述的母玻璃上述表面經(jīng)過拋光的母玻璃內(nèi)部；④進(jìn)行激光照射，計(jì)算機(jī)同步控制所述的三維平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和激光聚焦位置，以在所述的玻璃內(nèi)部誘導(dǎo)析出含有相應(yīng)的納米晶的三維微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法，特 征在于所述的激光誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的母玻璃包括Si納米晶母玻璃、Ge納米 晶母玻璃、Pb納米晶母玻璃、Bi納米晶母玻璃、Cu納米晶母玻璃和Ga納米晶母玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法，特 征在于所述的Si納米晶母玻璃的制備方法，包括下列步驟①從下列該玻璃組分及其摩爾百分比含量的選定范圍組分mol%Na205 15B20340 48Si0240 45A10. 5 4 ；選定玻璃的成分和摩爾百分比，按該選定的配比稱量一定總量的各原料，在瑪瑙研缽 中研磨2小時(shí)將原料混合均勻；②將研磨好的原料放入剛玉坩堝內(nèi)，于1450°C進(jìn)行熔化，保溫時(shí)間1小時(shí)形成玻璃熔液；③將所述的玻璃熔液澆注在一塊不銹鋼板上，并用另一鋼板輕壓平，降溫至室溫得所 述的透明的Si納米晶母玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法，特 征在于所述的Ge納米晶母玻璃的制備方法，包括下列步驟 ①從下列該玻璃組分及其摩爾百分比含量的選定范圍組分mol%Na205 ^ 15b2o340 --45Si0240 ‘ 45Ge021 ^ 6A11 --5 ；選定玻璃的成分和摩爾百分比，按該選定的配比稱量一定總量的各原料，在瑪瑙研缽 中研磨2小時(shí)將原料混合均勻；②將研磨好的原料放入剛玉坩堝內(nèi)，于1450°C進(jìn)行熔化，保溫時(shí)間1小時(shí)形成玻璃熔液；③將所述的玻璃熔液澆注在一塊不銹鋼板上，并用另一鋼板輕壓平，降溫至室溫得所 述的透明的Ge納米晶母玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法，特 征在于所述的Pb納米晶母玻璃的制備方法，包括下列步驟 ①從下列該玻璃組分及其摩爾百分比含量組分mol%Na205 ^ 15b2o340 --45Si0240 ‘ 45Pb021 ^ 6A11 --5 ；選定玻璃的成分和摩爾百分比，按該選定的配比稱量一定總量的各原料，在瑪瑙研缽 中研磨2小時(shí)將原料混合均勻；②將研磨好的原料放入剛玉坩堝內(nèi)，于1450°C進(jìn)行熔化，保溫時(shí)間1小時(shí)形成玻璃熔液；③將所述的玻璃熔液澆注在一塊不銹鋼板上，并用另一鋼板輕壓平，降溫至室溫得所 述的透明的Pb納米晶母玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法，特 征在于所述的Bi納米晶母玻璃的制備方法，包括下列步驟 ①從下列該玻璃組分及其摩爾百分比含量組分mol%Na205 -15b2o340廣 45Si0240 45Bi2031 ‘6A11 --5 ；選定玻璃的成分和摩爾百分比，按該選定的配比稱量一定總量的各原料，在瑪瑙研缽 中研磨2小時(shí)將原料混合均勻；②將研磨好的原料放入剛玉坩堝內(nèi)，于1450°C進(jìn)行熔化，保溫時(shí)間1小時(shí)形成玻璃熔液；③將所述的玻璃熔液澆注在一塊不銹鋼板上，并用另一鋼板輕壓平，降溫至室溫得所 述的透明的Bi納米晶母玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法，特 征在于所述的Cu納米晶母玻璃的制備方法，包括下列步驟 ①從下列該玻璃組分及其摩爾百分比含量 組分mol%Na205 15CuO0. 2 4A10. 5 4 ；選定玻璃的成分和摩爾百分比，按該選定的配比稱量一定總量的各原料，在瑪瑙研缽 中研磨2小時(shí)將原料混合均勻；②將研磨好的原料放入剛玉坩堝內(nèi)，于1450°C進(jìn)行熔化，保溫時(shí)間1小時(shí)形成玻璃熔液；③將所述的玻璃熔液澆注在一塊不銹鋼板上，并用另一鋼板輕壓平，降溫至室溫得所 述的透明的Cu納米晶母玻璃。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法，特 征在于所述的Ga納米晶母玻璃的制備方法，包括下列步驟 ①從下列該玻璃組分及其摩爾百分比含量組分mol%琴5 ^ 15b20340 --45Si0240 ‘ 45Ga021 ^ 6A11 --5 ；選定玻璃的成分和摩爾百分比，按該選定的配比稱量一定總量的各原料，在瑪瑙研缽 中研磨2小時(shí)將原料混合均勻；②將研磨好的原料放入剛玉坩堝內(nèi)，于1450°C進(jìn)行熔化，保溫時(shí)間1小時(shí)形成玻璃熔液；③將所述的玻璃熔液澆注在一塊不銹鋼板上，并用另一鋼板輕壓平，降溫至室溫得所 述的透明的Ga納米晶母玻璃。
全文摘要
一種飛秒激光在玻璃中誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的方法，包括下列步驟①制備具有可激光誘導(dǎo)析出金屬或半導(dǎo)體納米晶的母玻璃；②將母玻璃切成塊狀，并進(jìn)行六面拋光，該拋光的母玻璃置于三維平移臺(tái)上；③選擇激光脈沖寬度為40fs～1ps、波長為800nm、重復(fù)頻率為250kHz的飛秒激光作光源，發(fā)出的激光束經(jīng)過聚焦后，焦斑的功率密度大于1014W/cm2，使激光束聚焦于所述的母玻璃上述表面經(jīng)過拋光的母玻璃內(nèi)部；④進(jìn)行激光照射，計(jì)算機(jī)同步控制所述的三維平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和激光聚焦位置，以在所述的玻璃內(nèi)部誘導(dǎo)析出含有相應(yīng)的納米晶的三維微結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C03C10/14GK101891377SQ201010232410
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者俆至展, 林耿, 趙全忠, 邱建榮, 駱芳芳 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所