RU2579080C1 - Method for local crystallisation of lanthanum borogermanate glass - Google Patents
Method for local crystallisation of lanthanum borogermanate glass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2579080C1 RU2579080C1 RU2014153414/03A RU2014153414A RU2579080C1 RU 2579080 C1 RU2579080 C1 RU 2579080C1 RU 2014153414/03 A RU2014153414/03 A RU 2014153414/03A RU 2014153414 A RU2014153414 A RU 2014153414A RU 2579080 C1 RU2579080 C1 RU 2579080C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- femtosecond
- khz
- lanthanum
- seed
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к способу выращивания микрокристаллических каналов в прозрачных и окрашенных стеклах под действием лазерного пучка для задач интегральной оптики. Полученный результат может быть использован для создания непрерывных кристаллических каналов в объеме стекла, перспективных для использования в качестве активных канальных волноводов и разработки на их основе волноводных оптических усилителей, электрооптических модуляторов, а также в качестве активной среды для миниатюрных лазерных устройств, генерирующих излучение в ближней ИК и видимой области спектра.The invention relates to the field of optical material science, in particular to a method for growing microcrystalline channels in transparent and tinted glasses under the action of a laser beam for the tasks of integrated optics. The result can be used to create continuous crystalline channels in the volume of glass, promising for use as active channel waveguides and to develop waveguide optical amplifiers, electro-optical modulators based on them, as well as an active medium for miniature laser devices that generate radiation in the near infrared and the visible region of the spectrum.
Суть процесса лазерной кристаллизации, целью которой, как правило, является выделение в стекле нелинейно-оптических фаз, можно представить в виде двух стадий: локальный нагрев стекла за счет поглощенной энергии лазерного излучения и формирования кристаллов в разогретой области. При этом диапазон длин волн линейного поглощения стекла ограничивает применение лазеров или требует применения специальных типов лазеров со сверхкороткими импульсами. Известны работы [1-4], в которых предлагалось нивелировать это ограничение введением в стекла добавок, обеспечивающих поглощение на длине волны лазера. Чаще всего для этой цели применяют атомы переходных или редкоземельных элементов - Fe2+, Ni2+, V4+, Sm3+, Dy3+. При этом происходит формирование кристаллических линий и точек на поверхности стекла, что показано в работах [1-5], где преимущественно использовался импульсный Nd3+:YAG лазер с длиной волны 1064 нм. Этот же метод был предложен в патенте [6], где на поверхности стекла с поглощающими добавками удалось получить кристаллические линии, состоящие из различных кристаллов. Однако, как известно, любые допанты, введенные в кристалл, изменяют его структуру и следовательно свойства, особенно если такие элементы вводились в относительно большом количестве - 8-10 мол. %, как в работах [1, 2, 6]. Также недостатком такого метода является появление дополнительных полос в спектре поглощения стекла с добавками по сравнению со спектром исходного стекла без добавок, часто перекрывающих значительную часть видимого и ближнего ИК-диапазона, который является функциональным в применениях таких стекол. Кроме того, в этом случае невозможно осуществить эффективную пространственно-селективную кристаллизацию в объеме стекла, так как интенсивное поглощение излучения начинается с поверхности стекла. Для того чтобы полученная таким образом структура оказалась на некотором расстоянии от поверхности и при этом обладала волноводными свойствами, можно нанести на нее слой материала, имеющего более низкий показатель преломления, что было реализовано в патенте [7]. Однако недостатками запатентованного метода являются трудоемкость и многостадийность процесса, сложность технологического оборудования, а также ограничения на формирование кристаллических областей с заданной трехмерной геометрией.The essence of the laser crystallization process, the purpose of which, as a rule, is to isolate nonlinear optical phases in the glass, can be represented in two stages: local heating of the glass due to the absorbed energy of laser radiation and the formation of crystals in the heated region. The wavelength range of linear absorption of glass limits the use of lasers or requires the use of special types of lasers with ultrashort pulses. Known works [1-4], in which it was proposed to level this limitation by introducing additives into the glasses that provide absorption at the laser wavelength. Most often used for this purpose atoms of transition or rare earth elements - Fe 2+, Ni 2+, V 4+, Sm 3+, Dy 3+. In this case, crystalline lines and points are formed on the glass surface, as shown in [1–5], where a pulsed Nd 3+ : YAG laser with a wavelength of 1064 nm was mainly used. The same method was proposed in the patent [6], where on the surface of the glass with absorbing additives it was possible to obtain crystalline lines consisting of various crystals. However, as you know, any dopants introduced into the crystal change its structure and therefore properties, especially if such elements were introduced in a relatively large amount of 8-10 mol. %, as in [1, 2, 6]. Another drawback of this method is the appearance of additional bands in the absorption spectrum of glass with additives as compared with the spectrum of the initial glass without additives, which often overlap a significant part of the visible and near infrared range, which is functional in the applications of such glasses. In addition, in this case it is impossible to realize effective spatially selective crystallization in the glass volume, since intense absorption of radiation begins from the glass surface. In order for the structure thus obtained to appear at a certain distance from the surface and at the same time possess waveguide properties, a layer of material with a lower refractive index can be applied to it, which was implemented in the patent [7]. However, the disadvantages of the patented method are the complexity and multi-stage process, the complexity of technological equipment, as well as the restrictions on the formation of crystalline regions with a given three-dimensional geometry.
В последнее время для микрообработки стекол и других прозрачных диэлектриков широко применяются фемтосекундные лазеры. При прохождении сфокусированного лазерного пучка через стекло, прозрачное на длине волны генерации такого лазера, поглощение фемтосекундных импульсов реализуется лишь в области перетяжки пучка, где интенсивность излучения достигает значений 1014 Вт/см2 и более, по многофотонному механизму. Это позволяет успешно локализовать область модифицирования стекла не только поперек, но и вдоль лазерного пучка и открывает путь для формирования трехмерных структур в объеме материала.Recently, femtosecond lasers are widely used for microprocessing of glasses and other transparent dielectrics. When a focused laser beam passes through glass that is transparent at the wavelength of the generation of such a laser, the absorption of femtosecond pulses is realized only in the region of the beam waist, where the radiation intensity reaches 10 14 W / cm 2 or more, according to the multi-photon mechanism. This allows one to successfully localize the glass modification region not only across, but also along the laser beam and opens the way for the formation of three-dimensional structures in the bulk of the material.
Впервые метод получения кристаллов в объеме стекла при облучении фемтосекундным лазером был предложен в работе [8]. В этом методе кристаллы выпадали на облученных лазером областях после термообработки в печи - т.е. процесс был двухстадийным, где на первой стадии с помощью лазера инициировалось образование коллоидных частиц золота, на которых при последующей термообработке вырастали кристаллы. Такой метод имеет очевидные недостатки: это высокая стоимость сырья, многостадийность, невозможность управлять направлением роста кристаллов. Эти недостатки частично были устранены в работах, где локальная кристаллизация фемтосекундными лазерами осуществлялась в тех составах стекол, в которых было возможно выделение кристаллической фазы [9, 10]. Однако в этих работах авторам удалось получить только точечные микрокристаллические области, но не однородную квазимонокристаллическую линию.For the first time, a method for producing crystals in a glass volume upon irradiation with a femtosecond laser was proposed in [8]. In this method, crystals precipitated in areas irradiated by a laser after heat treatment in a furnace - i.e. The process was a two-stage process, where at the first stage, the formation of colloidal gold particles was initiated with a laser, on which crystals grew during subsequent heat treatment. This method has obvious disadvantages: it is the high cost of raw materials, multi-stage, the inability to control the direction of crystal growth. These shortcomings were partially eliminated in works where local crystallization by femtosecond lasers was carried out in those glass compositions in which it was possible to isolate the crystalline phase [9, 10]. However, in these works, the authors managed to obtain only point microcrystalline regions, but not a uniform quasimonocrystalline line.
Только в 2010 году было опубликовано исследование [11], где показана возможность получения в объеме стекла однородных квазимонокристаллических линий, обладающих нелинейно-оптическими свойствами.Only in 2010, a study was published [11], which showed the possibility of obtaining homogeneous quasimonocrystalline lines with nonlinear optical properties in the glass volume.
Стоит отметить, что все лазеры, которые применялись в этих работах, имеют высокую частоту следования импульсов (не менее 200 кГц) при средней мощности до 1,5 Вт. Такие источники фемтосекундного излучения значительно превышают по стоимости лазеры с более низкой частотой следования импульсов (единицы и десятки кГц). Более того, до настоящего времени частота следования импульсов 200 кГц считалась примерным порогом, ниже которого локальный нагрев и кристаллизация фемтосекундным пучком не реализуется [12, 13].It is worth noting that all the lasers that were used in these studies have a high pulse repetition rate (at least 200 kHz) at an average power of up to 1.5 watts. Such sources of femtosecond radiation significantly exceed the cost of lasers with a lower pulse repetition rate (units and tens of kHz). Moreover, until now, the pulse repetition rate of 200 kHz was considered an approximate threshold below which local heating and crystallization by a femtosecond beam are not realized [12, 13].
Необходимость применения высокой частоты следования импульсов связана с тем, что в противном случае полученная материалом тепловая энергия от поглощенного фемтосекундного импульса успевает полностью рассеяться в его объеме до прихода следующего импульса, и температура в области поглощения лазерного излучения, соответственно, успевает упасть до исходного уровня (за время порядка ~10-6 с). Однако для устойчивого роста кристалла до размеров в несколько микрон необходимо поддержание температуры в температурном интервале роста кристаллов (как правило, несколько сот градусов Цельсия) в течение заметно более продолжительного времени (10-2-10°C). Следует также отметить, что во всех указанных работах [9-13] энергия импульса использованных источников фемтосекундного излучения имела порядок сотен нДж или единиц мкДж.The need to use a high pulse repetition rate is due to the fact that otherwise the thermal energy obtained by the material from the absorbed femtosecond pulse has time to completely dissipate in its volume before the next pulse arrives, and the temperature in the absorption region of the laser radiation, accordingly, has time to drop to the initial level (after time of the order of ~ 10 -6 s). However, for stable crystal growth to several microns in size, it is necessary to maintain the temperature in the temperature range of crystal growth (usually several hundred degrees Celsius) for a noticeably longer time (10 -2 -10 ° C). It should also be noted that in all the indicated works [9–13], the pulse energy of the used femtosecond radiation sources was of the order of hundreds of nJ or units of mJ.
Наиболее близкой к сути изобретения является работа [11], где показана возможность получения квазимонокристаллической линии, состоящей из нелинейно-оптических кристаллов в объеме стекла с помощью фемтосекундного лазера с высокой частотой следования импульсов (250 кГц). В прототипе в качестве источника излучения применяли фемтосекундный Ti-сапфировый лазер, излучающий на длине волны 800 нм, с частотой следования импульсов 250 кГц, энергией импульса до 2,8 мкДж, длительностью импульса 70 фс. Луч лазера фокусировали на образце с помощью объектива. Непосредственно формирование кристаллических линий состояло из двух этапов - это выращивание кристаллического зародыша неподвижным пучком лазера и разращивание кристаллической линии перемещающимся пучком лазера.Closest to the essence of the invention is the work [11], which shows the possibility of obtaining a quasimonocrystalline line consisting of nonlinear optical crystals in a glass volume using a femtosecond laser with a high pulse repetition rate (250 kHz). In the prototype, a femtosecond Ti-sapphire laser emitting at a wavelength of 800 nm, a pulse repetition rate of 250 kHz, a pulse energy of up to 2.8 μJ, and a pulse duration of 70 fs was used as a radiation source. The laser beam was focused on the sample using a lens. The direct formation of crystalline lines consisted of two stages: the growth of a crystalline nucleus by a stationary laser beam and the development of a crystalline line by a moving laser beam.
Основным недостатком прототипа является весьма существенная стоимость используемого фемтосекундного лазера с одновременно высокими значениями энергии импульса (2,8 мкДж) и частоты следования импульсов (250 кГц), по сравнению с фемтосекундными лазерными системами, генерирующими импульсы более низких частот следования при аналогичной средней мощности.The main disadvantage of the prototype is the very substantial cost of the used femtosecond laser with simultaneously high values of pulse energy (2.8 μJ) and pulse repetition rate (250 kHz), compared with femtosecond laser systems generating pulses of lower repetition frequencies at a similar average power.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение кристаллических линий, состоящих из нелинейно-оптических кристаллов LaBGeO2 с помощью фемтосекундного лазера с пониженной частотой следования импульсов.The problem to which this invention is directed, is to obtain crystalline lines consisting of non-linear optical LaBGeO 2 crystals using a femtosecond laser with a reduced pulse repetition rate.
Поставленная задача решается способом локальной кристаллизации лантаноборогерманатного стекла путем облучения сфокусированным в объем стекла пучком фемтосекундного лазера, включающий в себя этап формирования кристаллической затравки неподвижным пучком и этап вытягивания кристаллической линии из затравки пучком, который перемещают с постоянной скоростью, при этом частоту следования фемтосекундных импульсов задают в пределах 9-100 кГц для формирования затравки и задают частоту 5-100 кГц для формирования кристаллической линии, при этом изменяют энергию импульса от 16 до 120 мкДж, глубину фокусировки пучка от 50 до 300 мкм и процесс облучения сфокусированным пучком лазера осуществляют в печи либо при комнатной температуре, либо нагревают ее до температуры, не превышающей температуру стеклования стекла состава, мол.%: La2O3 24,5-25,5, В2O3 24,5-25,5, GeO2 49,5-50,5.The problem is solved by the method of local crystallization of lanthanum-borogermanate glass by irradiating a femtosecond laser beam focused into the glass volume, which includes the stage of forming a crystalline seed with a stationary beam and the stage of drawing a crystal line from the seed with a beam that moves at a constant speed, while the repetition rate of the femtosecond pulses is set to the limits of 9-100 kHz to form a seed and set the frequency of 5-100 kHz to form a crystalline line, while change the pulse energy from 16 to 120 μJ, the beam focusing depth from 50 to 300 μm and the process of irradiation with a focused laser beam is carried out in an oven either at room temperature, or it is heated to a temperature not exceeding the glass transition temperature of the glass composition, mol.%: La 2 O 3 24.5-25.5, B 2 O 3 24.5-25.5, GeO 2 49.5-50.5.
При этом в качестве источника лазерного пучка применяется фемтосекундный регенеративный усилитель ТЕТА отечественного производства (ООО «Авеста-Проект», г. Троицк), имеющий следующие характеристики пучка: частота следования импульсов до 100 кГц, энергия импульса до 120 мкДж, длина волны излучения 1030 нм.In this case, a femtosecond regenerative amplifier TETA of domestic production (Avesta-Proekt LLC, Troitsk) is used as a laser beam source, having the following beam characteristics: pulse repetition rate up to 100 kHz, pulse energy up to 120 μJ, emission wavelength 1030 nm .
Луч лазера, проходя через электрооптический ослабитель мощности и систему зеркал, фокусировали с помощью объектива внутрь стеклянного образца, который может перемещаться в двух направлениях со скоростями от 0,3 до 1000 мкм/с. Частоту следования импульсов в данной схеме изменяли с помощью внешнего или встроенного в лазер генератора импульсов от 1 кГц до 100 кГц.A laser beam passing through an electro-optical power attenuator and a system of mirrors was focused using a lens into a glass sample, which can move in two directions at speeds from 0.3 to 1000 μm / s. The pulse repetition rate in this circuit was changed using an external or integrated pulse generator from 1 kHz to 100 kHz.
За счет повышения энергии импульса в лазерном пучке данный способ позволяет осуществлять направленную кристаллизацию стекла под воздействием лазерного излучения с частотой следования импульсов 25 кГц - в 10 раз ниже, чем заявлено в прототипе, а непрерывные кристаллические линии с ухудшенной однородностью могут быть получены и при более низкой частоте следования импульсов - от 5 кГц при энергии импульса от 34 мкДж. Также данный способ отличается от прототипа длиной волны излучения (1030 нм вместо 800 нм) и длительностью импульса (290 фс вместо 70 фс), но эти различия представляются несущественными для получения технического результата.By increasing the energy of the pulse in the laser beam, this method allows directional crystallization of glass under the influence of laser radiation with a pulse repetition rate of 25 kHz - 10 times lower than stated in the prototype, and continuous crystal lines with deteriorated homogeneity can be obtained even at lower pulse repetition rate - from 5 kHz at a pulse energy of 34 μJ. Also, this method differs from the prototype by a radiation wavelength (1030 nm instead of 800 nm) and a pulse duration (290 fs instead of 70 fs), but these differences seem insignificant to obtain a technical result.
В предложенном способе кристаллические линии выращивались из предварительно полученных кристаллических затравок, состоящих из одного или нескольких кристаллов LaBGeO5. Затравки формировали неподвижным пучком фемтосекундного лазера при частоте следования импульсов не менее 9 кГц и энергии импульса до 50 мкДж в течение промежутка времени от 2 с (при 100 кГц) до 15 минут (при 9 кГц) на глубине 100 мкм.In the proposed method, crystalline lines were grown from previously obtained crystalline seeds, consisting of one or more LaBGeO 5 crystals. The seeds were formed by a fixed beam of a femtosecond laser at a pulse repetition rate of at least 9 kHz and a pulse energy of up to 50 μJ for a period of time from 2 s (at 100 kHz) to 15 minutes (at 9 kHz) at a depth of 100 μm.
Полученная затравка представляла собой скопление кристаллов, растущих по направлению от периферии к центру облученной области. Ее появление определялось по возникновению отклика зеленого свечения - отклика на второй гармонике лазерного излучения (515 нм).The resulting seed was a cluster of crystals growing in the direction from the periphery to the center of the irradiated region. Its appearance was determined by the appearance of the green glow response - the response at the second harmonic of laser radiation (515 nm).
Непрерывные линии, состоящие из кристаллов LaBGeO5, формировали в лантаноборогерманатном стекле разращиванием затравки в требуемом направлении путем соответствующего перемещения фокуса фемтосекундного пучка с определенной скоростью. В зависимости от условий облучения возможно получение как линий, состоящих из соприкасающихся хаотически ориентированных микрокристаллов, так и однородных квазимонокристаллических линий с ориентированной вдоль направления перемещения лазерного пучка полярной осью. Как показали исследования методами спектроскопии комбинационного рассеяния, ориентация затравочных кристаллов не влияет на ориентацию кристаллической решетки в формируемой из них движущимся пучком кристаллической линии.Continuous lines consisting of LaBGeO 5 crystals were formed in lanthanum borogermanate glass by expanding the seed in the desired direction by correspondingly moving the focus of the femtosecond beam at a certain speed. Depending on the irradiation conditions, it is possible to obtain both lines consisting of chaotically oriented microcrystals in contact and homogeneous quasimonocrystalline lines with a polar axis oriented along the direction of movement of the laser beam. As shown by Raman spectroscopy studies, the orientation of the seed crystals does not affect the orientation of the crystal lattice in the moving beam of the crystal line formed from them.
В предложенном способе образец в процессе облучения может находиться как при комнатной, так и при повышенной (но не превышающей температуру стеклования образца, то есть 670°C для стекла состава 25La2О3-25В2О3-50GеО2 [14]) температуре. Повышение температуры не является необходимым условием для успешной кристаллизации, однако в случае возникновения трещин вокруг облучаемой области в процессе лазерной кристаллизации стекла, повышение температуры уменьшает вероятность их возникновения. Нагрев образца может проводиться в печи с окном для ввода лазерного излучения, но при этом необходимо располагать образец достаточно близко к поверхности окна, чтобы он оказался в пределах рабочего расстояния объектива, расположенного вне печи, а также обеспечить достаточную термоизоляцию печи или охлаждение объектива, чтобы нагрев объектива от печи не вызывал выход его температуры за допустимые техническими характеристиками пределы.In the proposed method, the sample during irradiation can be both at room temperature and at elevated (but not higher than the glass transition temperature of the sample, ie 670 ° C for glass with the composition 25La 2 O 3 -25V 2 O 3 -50GeO 2 [14]) . An increase in temperature is not a necessary condition for successful crystallization, however, in the case of cracks around the irradiated region during laser crystallization of glass, an increase in temperature reduces the likelihood of their occurrence. The sample can be heated in a furnace with a window for introducing laser radiation, but it is necessary to place the sample close enough to the surface of the window so that it is within the working distance of the lens located outside the furnace, as well as provide sufficient thermal insulation of the furnace or cooling of the lens to heat the lens from the furnace did not cause its temperature to go beyond the allowable technical specifications.
Достижение заявляемого технического результата подтверждается следующими примерами.The achievement of the claimed technical result is confirmed by the following examples.
Пример 1Example 1
Стекло состава 24,5 La2O3 - 25,5 B2O3 - 50 GeO2 облучали пучком фемтосекундного лазера при частоте следования импульсов 100 кГц, энергии импульса 5 мкДж и скорости перемещения лазерного пучка 40 мкм/с. В результате облучения получена гладкая квазимонокристаллическая линия на глубине 300 мкм (фиг. 1). Полученная кристаллическая линия была исследована методом локальной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР). Сравнение спектров КР необлученного стекла (фиг. 2а) и кристаллической линии (фиг. 2б) показало наличие характерных пиков, идентифицирующих кристаллическую фазу LaBGeO5 [15, 16]. На фиг. 3 представлены поляризованные спектры КР для участка необлученного стекла (фиг. 3а), кристаллической линии, расположенной вертикально, для поляризации Y(XX)Y (фиг. 3б) и поляризации Y(ZZ)Y (фиг. 3в). Сравнение интенсивностей пика вблизи 390 см-1, который присутствует только в спектре, поляризованном вдоль полярной оси монокристалла LaBGeO5, доказывает направленность полярной оси кристаллической линии вдоль направления перемещения пучка фемтосекундного лазера.A glass of 24.5 La 2 O 3 - 25.5 B 2 O 3 - 50 GeO 2 glass was irradiated with a femtosecond laser beam at a pulse repetition rate of 100 kHz, a pulse energy of 5 μJ and a laser beam velocity of 40 μm / s. As a result of irradiation, a smooth quasimonocrystalline line was obtained at a depth of 300 μm (Fig. 1). The obtained crystalline line was investigated by local Raman spectroscopy. A comparison of the Raman spectra of unirradiated glass (Fig. 2a) and crystal line (Fig. 2b) showed the presence of characteristic peaks identifying the crystalline phase of LaBGeO 5 [15, 16]. In FIG. Figure 3 shows the polarized Raman spectra for a portion of unirradiated glass (Fig. 3a), a crystalline line located vertically for polarization Y (XX) Y (Fig. 3b) and polarization Y (ZZ) Y (Fig. 3c). A comparison of the intensities of the peak near 390 cm -1 , which is present only in the spectrum polarized along the polar axis of the LaBGeO 5 single crystal, proves the direction of the polar axis of the crystal line along the direction of movement of the femtosecond laser beam.
При этом анализ поляризованных спектров комбинационного рассеяния показал, что полярная ось сформированных кристаллов ориентирована вдоль направления перемещения лазерного пучка.An analysis of the polarized Raman spectra showed that the polar axis of the formed crystals is oriented along the direction of movement of the laser beam.
Пример 2Example 2
Стекло состава 25 La2O3 - 24,5 B2O3 - 50,5 GeO2 облучено пучком фемтосекундного лазера, сфокусированным на глубине 100 мкм при частоте следования импульсов 25 кГц, энергии импульса 16 мкДж и скорости перемещения лазерного пучка 25 мкм/с, с нагревом до температуры образца ~400°C (что на 270°C ниже температуры стеклования Tg=670°C), поддерживаемой в процессе облучения. В результате облучения получена однородная квазимонокристаллическая линия (фиг. 4). Исследование методами спектроскопии КР подтвердило наличие кристаллической фазы состава LaBGeO5 и ориентированность полярных осей кристаллов вдоль направления перемещения пучка.A glass of composition 25 La 2 O 3 - 24.5 B 2 O 3 - 50.5 GeO 2 is irradiated with a femtosecond laser beam focused at a depth of 100 μm at a pulse repetition rate of 25 kHz, a pulse energy of 16 μJ and a laser beam velocity of 25 μm / s, with heating to a sample temperature of ~ 400 ° C (which is 270 ° C lower than the glass transition temperature T g = 670 ° C), maintained during irradiation. As a result of irradiation, a homogeneous quasimonocrystalline line was obtained (Fig. 4). A study by Raman spectroscopy confirmed the presence of the crystalline phase of LaBGeO 5 composition and the orientation of the polar axes of the crystals along the direction of beam movement.
Пример 3Example 3
Стекло состава 25 La2O3 - 25 B2O3 - 50 GeO2 облучено с помощью пучка фемтосекундного лазера на глубине 50 мкм при частоте следования импульсов 5 кГц, энергии импульса 34 мкДж и скорости перемещения лазерного пучка 0,3 мкм/с. Получены кристаллические линии, не обладающие однородностью и состоящие из разориентированных кристаллов LaBGeO5 (фиг. 5), которые были идентифицированы с помощью методов спектроскопии комбинационного рассеяния.A glass of composition 25 La 2 O 3 - 25 B 2 O 3 - 50 GeO 2 was irradiated with a femtosecond laser beam at a depth of 50 μm at a pulse repetition rate of 5 kHz, a pulse energy of 34 μJ and a laser beam velocity of 0.3 μm / s. Crystalline lines were obtained that are not homogeneous and consist of misoriented LaBGeO 5 crystals (Fig. 5), which were identified using Raman spectroscopy methods.
Список литературыBibliography
1. Chayapiwut N., Honma Т., Benino Y., Fujiwara Т., Komatsu T. Synthesis of Sm3+-doped strontium barium niobate crystals in glass by samarium atom heat processing // Journal of Solid State Chemistry - 2005. - V. 178. - P. 3507-3513.1. Chayapiwut N., Honma T., Benino Y., Fujiwara T., Komatsu T. Synthesis of Sm 3+ -doped strontium barium niobate crystals in glass by samarium atom heat processing // Journal of Solid State Chemistry - 2005. - V. 178. - P. 3507-3513.
2. Sato R., Benino Y., Fujiwara Т., Komatsu T. YAG laser-induced crystalline dot patterning in samarium tellurite glasses // Journal of Non-Crystalline Solids - 2001. - V. 289. - P. 228-232.2. Sato R., Benino Y., Fujiwara T., Komatsu T. YAG laser-induced crystalline dot patterning in samarium tellurite glasses // Journal of Non-Crystalline Solids - 2001. - V. 289. - P. 228-232 .
3. Komatsu Т., Ihara R., Honma Т., Benino Y., Sato R., Kim H. G., Fujiwara T. Patterning of Non-Linear Optical Crystals in Glass by Laser-Induced Crystallization // Journal of the American Ceramic Society - 2007. - V. 90(3). - P. 699-705.3. Komatsu T., Ihara R., Honma T., Benino Y., Sato R., Kim HG, Fujiwara T. Patterning of Non-Linear Optical Crystals in Glass by Laser-Induced Crystallization // Journal of the American Ceramic Society - 2007.- V. 90 (3). - P. 699-705.
4. Honma Т., Benino Y., Fujiwara Т., Komatsu T. Transition metal atom heat processing for writing of crystal lines in glass // Applied physics letters - 2006. - V. 88. - P. 231105.4. Honma T., Benino Y., Fujiwara T., Komatsu T. Transition metal atom heat processing for writing of crystal lines in glass // Applied physics letters - 2006. - V. 88. - P. 231105.
5. Nagai R., Honma Т., Komatsu T. Laser patterning of ZnO crystals on the surface of borosilicate glass. Journal of the American Ceramic Society - 2010. - V. 93(3) - P. 658-661.5. Nagai R., Honma T., Komatsu T. Laser patterning of ZnO crystals on the surface of borosilicate glass. Journal of the American Ceramic Society - 2010 .-- V. 93 (3) - P. 658-661.
6. US Patent №2012/8201421 B2 Optical component and method for its production.6. US Patent No. 2012/8201421 B2 Optical component and method for its production.
7. US Patent №6928224 Laser-induced crystallization of transparent glass-ceramics.7. US Patent No. 6928224 Laser-induced crystallization of transparent glass-ceramics.
8. Kondo Y., Miura K., Suzuki Т., Inouye H., Mitsuyu Т., Hirao K. Three-dimensional arrays of crystallites within glass by using non-resonant femtosecond pulses // Journal of Non-Crystalline Solids - 1999. - V. 253. - P. 143-156.8. Kondo Y., Miura K., Suzuki T., Inouye H., Mitsuyu T., Hirao K. Three-dimensional arrays of crystallites within glass by using non-resonant femtosecond pulses // Journal of Non-Crystalline Solids - 1999 . - V. 253. - P. 143-156.
9. Qiu J., Miura K., Hirao K. Femtosecond laser-induced microfeatures in glasses and their applications. Journal of Non-Crystalline Solids - 2008. - V. - 354(12). - P. 1100-1111.9. Qiu J., Miura K., Hirao K. Femtosecond laser-induced microfeatures in glasses and their applications. Journal of Non-Crystalline Solids - 2008 .-- V. - 354 (12). - P. 1100-1111.
10. Shimotsuma Y., Hirao K., Qiu J., Miura K. Nanofabrication in transparent materials with a femtosecond pulse laser. Journal of Non-Crystalline Solids - 2006. - V. - 352(6). - P. 646-656.10. Shimotsuma Y., Hirao K., Qiu J., Miura K. Nanofabrication in transparent materials with a femtosecond pulse laser. Journal of Non-Crystalline Solids - 2006 .-- V. - 352 (6). - P. 646-656.
11. Stone A. Sakakura M., Shimotsuma Y., Stone G., Gupta P., Miura K., Hirao K., Dierolf V., Jain H. Formation of ferroelectric single-crystal architectures in LaBGeO5 glass by femtosecond vs. continuous-wave lasers // Journal of Non-Crystalline Solids - 2010. - V. 356. - P. 3059-3065.11. Stone A. Sakakura M., Shimotsuma Y., Stone G., Gupta P., Miura K., Hirao K., Dierolf V., Jain H. Formation of ferroelectric single-crystal architectures in LaBGeO 5 glass by femtosecond vs . continuous-wave lasers // Journal of Non-Crystalline Solids - 2010 .-- V. 356. - P. 3059-3065.
12. Eaton S., Zhang H., Herman P., Yoshino F., Shah L., Bovatsek J., Arai A. Heat accumulation effects in femtosecond laser-written waveguides with variable repetition rate // Optics Express - 2005. - V. 13(12). P. 4708-4716.12. Eaton S., Zhang H., Herman P., Yoshino F., Shah L., Bovatsek J., Arai A. Heat accumulation effects in femtosecond laser-written waveguides with variable repetition rate // Optics Express - 2005. - V. 13 (12). P. 4708-4716.
13. Musgraves J.D., Richardson K., Jain H. Laser-induced structural modification, its mechanisms, and applications in glassy optical materials. Optical Materials Express - 2011. - V. 1(5). P. 921-935.13. Musgraves J.D., Richardson K., Jain H. Laser-induced structural modification, its mechanisms, and applications in glassy optical materials. Optical Materials Express - 2011 .-- V. 1 (5). P. 921-935.
14. Sigaev V.N., Lotarev S.V., Orlova E.V., Stefanovich S. Yu., Pernice P., Aronne A., Fanelli E. Gregora I. Lanthanum borogermanate glass-based active dielectrics // Non-Crystalline Solids - 2007. - V. 353(18-21). - P. 1956-1960.14. Sigaev VN, Lotarev SV, Orlova EV, Stefanovich S. Yu., Pernice P., Aronne A., Fanelli E. Gregora I. Lanthanum borogermanate glass-based active dielectrics // Non-Crystalline Solids - 2007. - V. 353 (18-21). - P. 1956-1960.
15. Писарев P.B., Серан M. Комбинационное рассеяние света в сегнетоэлектрике LaBGeO5 // Физика твердого тела. - 1995. - Т. 37. - №12. - С. 3669-3680.15. Pisarev PB, Seran M. Raman scattering of light in LaBGeO 5 ferroelectric // Solid State Physics. - 1995. - T. 37. - No. 12. - S. 3669-3680.
16. Gupta P., Jain. Н., Williams D.B., Honma Т., Benino Y., Komatsu Т. Creation of ferroelectric, single-crystal architecture in Sm0,5La0,5BGeO5 glass // J. Am. Ceram. Soc. - 2008. - Vol. 91. - Iss. 1. - P. 110-114.16. Gupta P., Jain. N., Williams DB, Honma T., Benino Y., Komatsu T. Creation of ferroelectric, single-crystal architecture in Sm 0.5 La 0.5 BGeO 5 glass // J. Am. Ceram. Soc. - 2008. - Vol. 91. - Iss. 1. - P. 110-114.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014153414/03A RU2579080C1 (en) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Method for local crystallisation of lanthanum borogermanate glass |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014153414/03A RU2579080C1 (en) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Method for local crystallisation of lanthanum borogermanate glass |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2579080C1 true RU2579080C1 (en) | 2016-03-27 |
Family
ID=55657033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014153414/03A RU2579080C1 (en) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Method for local crystallisation of lanthanum borogermanate glass |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2579080C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2797888C1 (en) * | 2019-06-14 | 2023-06-09 | Нипро Корпорейшн | Glass with an attached coating film, its manufacturing method and modified glass substrate |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2278833C1 (en) * | 2004-11-10 | 2006-06-27 | Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method of production of pyro-electrical vitro-crystalline material |
| US7332453B2 (en) * | 2004-07-29 | 2008-02-19 | 3M Innovative Properties Company | Ceramics, and methods of making and using the same |
| RU2399594C1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет" им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method of producing glassceramic pyroelectric material |
-
2014
- 2014-12-29 RU RU2014153414/03A patent/RU2579080C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7332453B2 (en) * | 2004-07-29 | 2008-02-19 | 3M Innovative Properties Company | Ceramics, and methods of making and using the same |
| RU2278833C1 (en) * | 2004-11-10 | 2006-06-27 | Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method of production of pyro-electrical vitro-crystalline material |
| RU2399594C1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет" им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method of producing glassceramic pyroelectric material |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Stone A. Sakakura M., Shimotsuma Y., Stone G., Gupta P., Miura K., Hirao K., Dierolf V., Jain H. Formation of ferroelectric single-crystal architectures in LaBGeO5 glass by femtosecond vs. continuous-wave lasers // Journal of Non-Crystalline Solids - 2010. - V. 356. - P. 3059-3065. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2797888C1 (en) * | 2019-06-14 | 2023-06-09 | Нипро Корпорейшн | Glass with an attached coating film, its manufacturing method and modified glass substrate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ams et al. | Investigation of ultrafast laser--photonic material interactions: challenges for directly written glass photonics | |
| KR102096189B1 (en) | Method for creating deformation in or on a polyphase transparent work piece by laser processing and polyphase composite materials | |
| Komatsu et al. | Laser patterning and characterization of optical active crystals in glasses | |
| US9535192B2 (en) | Method of making waveguide-like structures | |
| Lipatiev et al. | Growth of fresnoite single crystal tracks inside glass using femtosecond laser beam followed by heat treatment | |
| CN106159662A (en) | Iron-doped zinc selenide saturable absorbing mirror and the mode locked fiber laser prepared and constitute thereof | |
| RU2579080C1 (en) | Method for local crystallisation of lanthanum borogermanate glass | |
| Lipateva et al. | Formation of crystalline dots and lines in lanthanum borogermanate glass by the low pulse repetition rate femtosecond laser | |
| RU2550622C1 (en) | Method for local nanocrystallisation of gallium-containing oxide glass | |
| US20050193771A1 (en) | Method of forming split phase area inside glass | |
| RU2640604C2 (en) | Method of local crystallization of glasses | |
| CA3104586A1 (en) | Manufacturing method of spatially modulated waveplates | |
| RU2616958C1 (en) | Method for space-selective crystallisation of glass | |
| Sergeev et al. | Picosecond laser fabrication of microchannels inside foturan glass at CO 2 laser irradiation and following etching | |
| Dymshits et al. | Formation and passive Q-switch performance of glass-ceramics containing Co2+-doped spinel nanocrystals | |
| RU2640606C1 (en) | Method of local nanocrystallization of barium-titanium-silicate glasses | |
| Khalid et al. | Recent advancements in femtosecond laser inscribed waveguides in germanate glass for∼ 2.1 µm laser applications | |
| Hewak | Non-toxic sulfide glasses and thin films for optical applications | |
| KR101840382B1 (en) | Method for manufacturing active optical waveguide | |
| Sergeev et al. | Reversible phase–structure modification of photostructurable glass ceramic by CO 2 laser irradiation | |
| Panahibakhsh et al. | Patterning of silica MCM-41 high-order material on a glass surface by XeCl laser irradiation | |
| Tanaka | Nonlinear optical properties of photonic glasses | |
| Lipatiev et al. | Writing LaBGeO5 Crystal-in-Glass Waveguide and Tailoring Its Cross-Section by Femtosecond Laser Beam | |
| Senn et al. | Laser micro-processing of ceramic glasses by ultra-short laser pulses | |
| Popescu et al. | Thin films of amorphous Ga2S3 and rare-earth sulphides |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181230 |