CN101891377A - 飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法 - Google Patents
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Abstract
一种飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法，包括下列步骤：①制备具有可激光诱导析出金属或半导体纳米晶的母玻璃；②将母玻璃切成块状，并进行六面抛光，该抛光的母玻璃置于三维平移台上；③选择激光脉冲宽度为40fs～1ps、波长为800nm、重复频率为250kHz的飞秒激光作光源，发出的激光束经过聚焦后，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经过抛光的母玻璃内部；④进行激光照射，计算机同步控制所述的三维平移台的运动和激光聚焦位置，以在所述的玻璃内部诱导析出含有相应的纳米晶的三维微结构。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃，特别是一种飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法。
背景技术
由于金属纳米粒子与介质间的相互作用，以及纳米粒子的表面效应和量子尺寸效应，含金属纳米颗粒的玻璃材料具有优越的非线性光学特性，使这种材料具有独特的光学、电学和光电转换特性，在开发具有特定光功能的光学元器件领域有广泛的应用前景。另外在激光脉冲作用下，它具有多光子光电发射特性，在飞秒超短激光脉冲作用下，它表现了超快时间响应的光学瞬态弛豫，这种玻璃在超快光电子器件中有很强的应用背景。在玻璃材料中制备金属纳米颗粒、研究金属纳米颗粒的形成机制与行为，是目前光学与材料学领域的一大研究前沿。
金属纳米颗粒可以通过不同的方式引入玻璃基体中，如传统的热处理方法、离子注入法、离子交换法、光热诱导法和溶胶凝胶法等。另外随着大规模集成微电子和光电子技术的发展，需要能在光学材料的内部形成可控三维微结构，来实现器件多功能化和集成化，这对在玻璃中制备金属纳米颗粒的技术提出了更高的要求。现阶段只有通过激光诱导这种方法，能够实现在玻璃内部制备含有金属纳米颗粒的三维可控微结构，但到目前为止，该方法仅实现了金、银、铂三种贵金属及铜的纳米晶的可控微结构。在玻璃中诱导其他金属或半导体纳米晶仍未实现。
发明内容
本发明目的是提供一种飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法，使玻璃通过计算机控制飞秒激光诱导的方法，可获得含有各种金属或半导体纳米晶的三维微结构。
本发明的技术解决方案如下：
一种飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法，特征在于包括下列步骤：
①制备具有可激光诱导析出金属或半导体纳米晶的母玻璃；
②将母玻璃切成块状，并进行六面抛光，该抛光的母玻璃置于三维平移台上；
③选择激光脉冲宽度为40fs～1ps、波长为800nm、重复频率为250kHZ的飞秒激光作光源，发出的激光束经过聚焦后，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经过抛光的母玻璃内部；
④进行激光照射，计算机同步控制所述的三维平移台的运动和激光聚焦位置，以在所述的玻璃内部诱导析出含有相应的纳米晶的三维微结构。
所述的激光诱导析出金属或半导体纳米晶的母玻璃包括Si纳米晶母玻璃、Ge纳米晶母玻璃、Pb纳米晶母玻璃、Bi纳米晶母玻璃、Cu纳米晶母玻璃和Ga纳米晶母玻璃。
所述的Si纳米晶母玻璃的制备方法，包括下列步骤：
①从下列该玻璃组分及其摩尔百分比含量的选定范围：
组分 mol％
Na2O 5～15
B2O3 40～48
SiO2 40～45
Al 0.5～4；
选定玻璃的成分和摩尔百分比，按该选定的配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨2小时将原料混合均匀；
②将研磨好的原料放入刚玉坩埚内，于1450℃进行熔化，保温时间1小时形成玻璃熔液；
③将所述的玻璃熔液浇注在一块不锈钢板上，并用另一钢板轻压平，降温至室温得所述的透明的Si纳米晶母玻璃。
所述的Ge纳米晶母玻璃的制备方法，包括下列步骤：
①从下列该玻璃组分及其摩尔百分比含量的选定范围：
组分 mol％
Na2O 5～15
B2O3 40～45
GeO2 40～45
Al 1～5；
选定玻璃的成分和摩尔百分比，按该选定的配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨2小时将原料混合均匀；
②将研磨好的原料放入刚玉坩埚内，于1450℃进行熔化，保温时间1小时形成玻璃熔液；
③将所述的玻璃熔液浇注在一块不锈钢板上，并用另一钢板轻压平，降温至室温得所述的透明的Ge纳米晶母玻璃。
所述的Pb纳米晶母玻璃的制备方法，包括下列步骤：
①从下列该玻璃组分及其摩尔百分比含量：
组分 mol％
Na2O 5～15
B2O3 40～45
SiO2 40～45
PbO2 1～6
Al 1～5；
选定玻璃的成分和摩尔百分比，按该选定的配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨2小时将原料混合均匀；
②将研磨好的原料放入刚玉坩埚内，于1450℃进行熔化，保温时间1小时形成玻璃熔液；
③将所述的玻璃熔液浇注在一块不锈钢板上，并用另一钢板轻压平，降温至室温得所述的透明的Pb纳米晶母玻璃。
所述的Bi纳米晶母玻璃的制备方法，包括下列步骤：
①从下列该玻璃组分及其摩尔百分比含量：
组分 mol％
Na2O 5～15
B2O3 40～45
SiO2 40～45
Bi2O3 1～6
Al 1～5；
选定玻璃的成分和摩尔百分比，按该选定的配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨2小时将原料混合均匀；
②将研磨好的原料放入刚玉坩埚内，于1450℃进行熔化，保温时间1小时形成玻璃熔液；
③将所述的玻璃熔液浇注在一块不锈钢板上，并用另一钢板轻压平，降温至室温得所述的透明的Bi纳米晶母玻璃。
所述的Cu纳米晶母玻璃的制备方法，包括下列步骤：
①从下列该玻璃组分及其摩尔百分比含量：
组分 mol％
Na2O 5～15
B2O3 40～45
SiO2 40～45
CuO 0.2～4
Al 0.5～4；
选定玻璃的成分和摩尔百分比，按该选定的配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨2小时将原料混合均匀；
②将研磨好的原料放入刚玉坩埚内，于1450℃进行熔化，保温时间1小时形成玻璃熔液；
③将所述的玻璃熔液浇注在一块不锈钢板上，并用另一钢板轻压平，降温至室温得所述的透明的Cu纳米晶母玻璃。
所述的Ga纳米晶母玻璃的制备方法，包括下列步骤：
①从下列该玻璃组分及其摩尔百分比含量：
组分 mol％
Na2O 5～15
B2O3 40～45
SiO2 40～45
GaO2 1～6
Al 1～5；
选定玻璃的成分和摩尔百分比，按该选定的配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨2小时将原料混合均匀；
②将研磨好的原料放入刚玉坩埚内，于1450℃进行熔化，保温时间1小时形成玻璃熔液；
③将所述的玻璃熔液浇注在一块不锈钢板上，并用另一钢板轻压平，降温至室温得所述的透明的Ga纳米晶母玻璃。
含有金属纳米颗粒的玻璃原理是：这种玻璃组成为钠硼硅，这种玻璃基质具有很强的还原性，在玻璃熔制过程中，加入的金属粉末如果金属活性比较低的就会直接以原子团簇的形态存在，加入还原性金属时就会与玻璃基质中活性比较低的金属发生置换反应，这样制得的玻璃中也会含有置换出来的原子团簇。通过飞秒激光诱导方法，由于250kHz的飞秒激光经过聚焦后功率密度非常高，聚焦的区域温度高达上千K，且具有很强的热累积作用。玻璃中的原子团簇也可以在热作用下不断长大，同时由于飞秒脉冲激光与玻璃的非线性相互作用所诱导的具有空间选择性的反应，可以在透明玻璃内部形成可控三维微结构。
本发明利用飞秒激光在玻璃中诱导出各种金属或半导体纳米晶的方法与现阶段的激光诱导方法和其他方法如热处理、离子注入法等具有以下优势：
1、可以用飞秒激光诱导出含有Si、Ge、Pb、Cu、Bi、Ga纳米晶，这些纳米晶在以往的激光诱导方法中都还没实现。这种玻璃在开发具有特定光功能的光学元器件领域如超快光电子器件等有广泛的应用前景。
2、通过飞秒激光诱导，可以在透明玻璃内部形成含有纳米晶的可控三维微结构，这样可以实现器件多功能化和集成化。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实例1 在玻璃中诱导析出含有Si纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Si纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为5％Na2O-48％B2O3-45％SiO2-2％Al，按组分配比称量50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，得到无色透明的母玻璃，然后将该母玻璃切块抛光。置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有半导体Si纳米晶的光栅。
实例2 在玻璃中诱导析出含有Si纳米晶
在玻璃中诱导析出含有Si纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为10％Na2O-45.5％B2O3-4％0SiO2-0.5％Al，按组分配比称量50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将母玻璃切块抛光。置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为300fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有半导体Si纳米晶的光栅。
实例3 在玻璃中诱导析出含有Si纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Si纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为15％Na2O-40％B2O3-41％SiO2-4％Al，按组分配比称量50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有半导体Si纳米晶的光栅。
实例4 在玻璃中诱导析出含有Ge纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Ge纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为5％Na2O-44％B2O3-40％SiO2-6％GeO2-5％Al，按组分配比称量50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将母玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为30fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将600mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有半导体Ge纳米晶的光栅。
实例5 在玻璃中诱导析出含有Ge纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Ge纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为8％Na2O-45％B2O3-45％SiO2-1％GeO2-1％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将母玻璃切块抛光置于三维移动平台上。选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有半导体Ge纳米晶的光栅。
实例6 玻璃中诱导析出含有Ge纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Ge纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为15％Na2O-41％B2O3-41％SiO2-1.5％GeO2-1.5％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将母玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为1ps、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有半导体Ge纳米晶的光栅。
实例7 玻璃中诱导析出含有Pb纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Pb纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为5％Na2O-44％B2O3-40％SiO2-6％PbO2-5％Al，按组分配比称量50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有金属Pb纳米晶的光栅。
实例8 玻璃中诱导析出含有Pb纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Pb纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为8％Na2O-45％B2O3-45％SiO2-1％PbO2-1％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有金属Pb纳米晶的光栅。
实例9 玻璃中诱导析出含有Pb纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Pb纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为15％Na2O-41％B2O3-41％SiO2-1.5％PbO2-1.5％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有金属Pb纳米晶的光栅。
实例10 玻璃中诱导析出含有Cu纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Cu纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为5％Na2O-44％B2O3-43％SiO2-4％CuO-4％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有金属Cu纳米晶的光栅。
实例11 玻璃中诱导析出含有Cu纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Cu纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为9.3％Na2O-45％B2O3-45％SiO2-0.2％CuO-0.5％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有金属Cu纳米晶的光栅。
实例12 玻璃中诱导析出含有Cu纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Cu纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为15％Na2O-41％B2O3-41％SiO2-1％CuO-2％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有金属Cu纳米颗粒的光栅。
实例13 玻璃中诱导析出含有Bi纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Bi纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为5％Na2O-44％B2O3-40％SiO2-6％Bi2O3-5％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有金属Bi纳米晶的光栅。
实例14 玻璃中诱导析出含有Bi纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Bi纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为8％Na2O-45％B2O3-45％SiO2-1％Bi2O3-1％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有金属Bi纳米晶的光栅。
实例15 玻璃中诱导析出含有Bi纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Bi纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为15％Na2O-41％B2O3-41％SiO2-1.5％Bi2O3-1.5％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有金属Bi纳米晶的光栅。
实例16 玻璃中诱导析出含有Ga纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Ga纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为5％Na2O-44％B2O3-40％SiO2-6％GaO2-5％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有Ga纳米晶的光栅。
实例17 玻璃中诱导析出含有Ga纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Ga纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为8％Na2O-45％B2O3-45％SiO2-1％GaO2-1％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有Ga纳米晶的光栅。
实例18 玻璃中诱导析出含有Ga纳米晶
该玻璃中诱导析出含有Ga纳米晶的母玻璃的组分及摩尔百分比为15％Na2O-41％B2O3-41％SiO2-1.5％GaO2-1.5％Al，按组分配比称大约50g原料，在玛瑙坩埚中研磨1小时，然后置于刚玉坩埚中在1450℃熔融1小时形成玻璃熔液；将玻璃熔液快速浇注在一块不锈钢板上，并用另一块钢板轻压，可得到无色透明的母玻璃，然后将玻璃切块抛光置于三维移动平台上，选择激光脉冲宽度为150fs、波长为800nm、重复频率为250kHz的激光源。所述的三维移动平台和激光源在计算机软件同步控制下对所述的母玻璃进行激光照射，写光栅，即：在玻璃内部将800mW的激光用50倍(NA＝0.80)物镜聚焦后照射到抛光的玻璃内部写入光栅，这样就可以在玻璃内部获得含有Ga纳米晶的光栅。
Claims (8)
1.一种飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法，特征在于包括下列步骤：
①制备具有可激光诱导析出金属或半导体纳米晶的母玻璃；
②将母玻璃切成块状，并进行六面抛光，该抛光的母玻璃置于三维平移台上；
③选择激光脉冲宽度为40fs～1ps、波长为800nm、重复频率为250kHZ的飞秒激光作光源，发出的激光束经过聚焦后，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经过抛光的母玻璃内部；
④进行激光照射，计算机同步控制所述的三维平移台的运动和激光聚焦位置，以在所述的玻璃内部诱导析出含有相应的纳米晶的三维微结构。
2.根据权利要求1所述的飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法，特征在于所述的激光诱导析出金属或半导体纳米晶的母玻璃包括Si纳米晶母玻璃、Ge纳米晶母玻璃、Pb纳米晶母玻璃、Bi纳米晶母玻璃、Cu纳米晶母玻璃和Ga纳米晶母玻璃。
3.根据权利要求2所述的飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法，特征在于所述的Si纳米晶母玻璃的制备方法，包括下列步骤：
①从下列该玻璃组分及其摩尔百分比含量的选定范围：
组分 mol％
Na2O 5～15
B2O3 40～48
SiO2 40～45
Al 0.5～4；
选定玻璃的成分和摩尔百分比，按该选定的配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨2小时将原料混合均匀；
②将研磨好的原料放入刚玉坩埚内，于1450℃进行熔化，保温时间1小时形成玻璃熔液；
③将所述的玻璃熔液浇注在一块不锈钢板上，并用另一钢板轻压平，降温至室温得所述的透明的Si纳米晶母玻璃。
4.根据权利要求2所述的飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法，特征在于所述的Ge纳米晶母玻璃的制备方法，包括下列步骤：
①从下列该玻璃组分及其摩尔百分比含量的选定范围：
组分 mol％
Na2O 5～15
B2O3 40～45
SiO2 40～45
GeO2 1～6
Al 1～5；
选定玻璃的成分和摩尔百分比，按该选定的配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨2小时将原料混合均匀；
②将研磨好的原料放入刚玉坩埚内，于1450℃进行熔化，保温时间1小时形成玻璃熔液；
③将所述的玻璃熔液浇注在一块不锈钢板上，并用另一钢板轻压平，降温至室温得所述的透明的Ge纳米晶母玻璃。
5.根据权利要求2所述的飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法，特征在于所述的Pb纳米晶母玻璃的制备方法，包括下列步骤：
①从下列该玻璃组分及其摩尔百分比含量：
组分 mol％
Na2O 5～15
B2O3 40～45
SiO2 40～45
PbO2 1～6
Al 1～5；
选定玻璃的成分和摩尔百分比，按该选定的配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨2小时将原料混合均匀；
②将研磨好的原料放入刚玉坩埚内，于1450℃进行熔化，保温时间1小时形成玻璃熔液；
③将所述的玻璃熔液浇注在一块不锈钢板上，并用另一钢板轻压平，降温至室温得所述的透明的Pb纳米晶母玻璃。
6.根据权利要求2所述的飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法，特征在于所述的Bi纳米晶母玻璃的制备方法，包括下列步骤：
①从下列该玻璃组分及其摩尔百分比含量：
组分 mol％
Na2O 5～15
B2O3 40～45
SiO2 40～45
Bi2O3 1～6
Al 1～5；
选定玻璃的成分和摩尔百分比，按该选定的配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨2小时将原料混合均匀；
②将研磨好的原料放入刚玉坩埚内，于1450℃进行熔化，保温时间1小时形成玻璃熔液；
③将所述的玻璃熔液浇注在一块不锈钢板上，并用另一钢板轻压平，降温至室温得所述的透明的Bi纳米晶母玻璃。
7.根据权利要求2所述的飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法，特征在于所述的Cu纳米晶母玻璃的制备方法，包括下列步骤：
①从下列该玻璃组分及其摩尔百分比含量：
组分 mol％
Na2O 5～15
B2O3 40～45
SiO2 40～45
CuO 0.2～4
Al 0.5～4；
选定玻璃的成分和摩尔百分比，按该选定的配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨2小时将原料混合均匀；
②将研磨好的原料放入刚玉坩埚内，于1450℃进行熔化，保温时间1小时形成玻璃熔液；
③将所述的玻璃熔液浇注在一块不锈钢板上，并用另一钢板轻压平，降温至室温得所述的透明的Cu纳米晶母玻璃。
8.根据权利要求2所述的飞秒激光在玻璃中诱导析出金属或半导体纳米晶的方法，特征在于所述的Ga纳米晶母玻璃的制备方法，包括下列步骤：
①从下列该玻璃组分及其摩尔百分比含量：
组分 mol％
Na2O 5～15
B2O3 40～45
SiO2 40～45
GaO2 1～6
Al 1～5；
选定玻璃的成分和摩尔百分比，按该选定的配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨2小时将原料混合均匀；
②将研磨好的原料放入刚玉坩埚内，于1450℃进行熔化，保温时间1小时形成玻璃熔液；
③将所述的玻璃熔液浇注在一块不锈钢板上，并用另一钢板轻压平，降温至室温得所述的透明的Ga纳米晶母玻璃。
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