RU2707626C1 - Glass laser modifying method - Google Patents
Glass laser modifying method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707626C1 RU2707626C1 RU2018147296A RU2018147296A RU2707626C1 RU 2707626 C1 RU2707626 C1 RU 2707626C1 RU 2018147296 A RU2018147296 A RU 2018147296A RU 2018147296 A RU2018147296 A RU 2018147296A RU 2707626 C1 RU2707626 C1 RU 2707626C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- range
- laser pulses
- laser beam
- wavelength
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B32/00—Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products
- C03B32/02—Thermal crystallisation, e.g. for crystallising glass bodies into glass-ceramic articles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/078—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing an oxide of a divalent metal, e.g. an oxide of zinc
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
- Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к способу модифицирования структуры стекла под действием лазерного пучка для записи и стирания люминесцирующих микрообластей в стекле, и может быть использовано для многократной перезаписи и хранения информации. Изобретение позволяет записывать с помощью фемтосекундного лазера в силикатном стекле микрообласти размером 1-30 мкм, обладающие люминесценцией, стирать записанные микрообласти и заново записывать микрообласти размером 1-30 мкм, обладающие люминесценцией. Полученный результат может быть использован для многократной перезаписи и хранения информации оптической информации, где кодирование информации осуществляется в сигнале люминесценции.The invention relates to the field of optical material science, in particular to a method for modifying the structure of glass under the action of a laser beam for recording and erasing luminescent microregions in glass, and can be used for multiple rewriting and storage of information. EFFECT: invention makes it possible to record using a femtosecond laser in silicate glass microregions of 1-30 microns in size with luminescence, erase recorded microregions and re-recording microregions of 1-30 microns in size with luminescence. The obtained result can be used for multiple rewriting and storage of information of optical information, where the encoding of information is carried out in the luminescence signal.
Известен способ модифицирования стекла для записи оптической информации [Патент US 4092139 Process for making colored photosensitive glass], заключающийся в том, что стекло, содержащее ионы серебра, фотосенсибилизатор, локально облучают через амплитудную маску ультрафиолетовым (УФ) излучением в течение 10-20 мин, а затем термообрабатывают при температуре выше температуры стеклования в течение 1-5 часов. При УФ облучении происходит фотоионизация фотосенсибилизатора с образованием в стекле свободных электронов. Часть этих электронов захватывают ионы серебра с образованием нейтральных атомов серебра. При термообработке, в результате термической диффузии атомов серебра происходит формирование наночастиц серебра, имеющих полосу поглощения в спектральном интервале 400-450 нм. В результате этого облученная область стекла приобретает окраску. Недостатком способа является большая продолжительность записи информации, необходимость использования стекла с фотосенсибилизатором и невозможность перезаписи информации, для реализации многократной перезаписи и хранения информации.A known method of modifying glass for recording optical information [Patent US 4092139 Process for making colored photosensitive glass], which consists in the fact that glass containing silver ions, a photosensitizer, is locally irradiated through an amplitude mask with ultraviolet (UV) radiation for 10-20 minutes, and then heat treated at a temperature above the glass transition temperature for 1-5 hours. Under UV irradiation, photo-ionization of the photosensitizer occurs with the formation of free electrons in the glass. Some of these electrons are captured by silver ions to form neutral silver atoms. During heat treatment, as a result of thermal diffusion of silver atoms, silver nanoparticles are formed having an absorption band in the spectral range of 400-450 nm. As a result, the irradiated region of the glass acquires a color. The disadvantage of this method is the long duration of recording information, the need to use glass with a photosensitizer and the inability to rewrite information to implement multiple rewriting and storage of information.
Известен способ модифицирования стекла для записи оптической информации [R.E. de Lamaestre, Н. Bea, Н. Bernas, J. Belloni, J.L. Marigniez // Phys. Rev. B, 2007, V.76, 205431], заключающийся в том, что стекло, содержащее ионы серебра, локально облучают через амплитудную маску гамма-излучением или энергичными ионами в течение 10-20 мин, а затем термообрабатывают при температуре выше температуры стеклования в течение 1-5 часов. При гамма-облучении происходит фотоионизация компонентов стекла с образованием в стекле свободных электронов. Часть этих электронов захватывают ионы серебра с образованием нейтральных атомов серебра. При термообработке, в результате термической диффузии атомов серебра происходит формирование наночастиц серебра, имеющих полосу поглощения в спектральном интервале 400-450 нм. В результате этого облученная область стекла приобретает окраску. Недостатком способа является большая продолжительность записи информации, необходимость использования источника ионизирующего излучения либо ускорителя ионов и невозможность перезаписи информации, для реализации многократной перезаписи и хранения информации.A known method of modifying glass for recording optical information [R.E. de Lamaestre, N. Bea, N. Bernas, J. Belloni, J.L. Marigniez // Phys. Rev. B, 2007, V.76, 205431], which consists in the fact that glass containing silver ions is locally irradiated through an amplitude mask with gamma radiation or energetic ions for 10-20 minutes, and then heat treated at a temperature above the glass transition temperature for 1-5 hours. During gamma irradiation, photoionization of the glass components occurs with the formation of free electrons in the glass. Some of these electrons are captured by silver ions with the formation of neutral silver atoms. During heat treatment, as a result of thermal diffusion of silver atoms, silver nanoparticles are formed having an absorption band in the spectral range of 400-450 nm. As a result, the irradiated region of the glass acquires a color. The disadvantage of this method is the long duration of recording information, the need to use a source of ionizing radiation or an ion accelerator and the inability to rewrite information to implement multiple rewriting and storage of information.
Известен способ модифицирования стекла для записи оптической информации [А.И. Игнатьев и др. Влияние ультрафиолетового облучения и термообработки на люминесценцию молекулярных кластеров серебра в фото-термо-рефрактивных стеклах // Опт. и спектр. 2013. Т. 114, С. 838], заключающийся в том, что стекло, содержащее ионы серебра Agn m+, молекулярные ионы серебра Agn m+(n=2-4) и фотосенсибилизатор - ионы церия Се3+, локально облучают через амплитудную маску УФ-излучением с длиной волны 305-310 нм в течение 10-20 мин. При УФ-облучении происходит фото ионизация фотосенсибилизатора с образованием в стекле свободных электронов. Часть этих электронов захватывают ионы и молекулярные ионы серебра с образованием нейтральных атомов Ag и нейтральных молекулярных кластеров Agn, обладающих интенсивной люминесценцией в видимой области спектра. Время облучения определяется тем, что при облучении в полосу поглощения ионов церия интенсивность УФ-излучения спадает по толщине образца экспоненциально. Поэтому для того, чтобы набрать необходимую дозу облучения по всей толщине образца в облучаемой зоне, необходимо продолжительное облучение. В результате этого облученная область стекла приобретает люминесцентные свойства при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 350-380 нм. Недостатком способа является большая продолжительность записи информации, необходимость использования стекла с фотосенсибилизатором и невозможность перезаписи информации, для реализации многократной перезаписи и хранения информации.A known method of modifying glass for recording optical information [A.I. Ignatiev et al. Influence of ultraviolet irradiation and heat treatment on the luminescence of molecular silver clusters in photo-thermo-refractive glasses // Opt. and spectrum. 2013. T. 114, S. 838], which consists in the fact that glass containing silver ions Ag n m + , molecular silver ions Ag n m + (n = 2-4) and a photosensitizer - cerium ions Ce 3+ are locally irradiated through amplitude mask with UV radiation with a wavelength of 305-310 nm for 10-20 minutes Under UV irradiation, photo-ionization of the photosensitizer occurs with the formation of free electrons in the glass. Some of these ions capture electrons and molecular silver ions to form neutral atoms and neutral molecular Ag clusters Ag n, having intense luminescence in the visible region of the spectrum. The irradiation time is determined by the fact that when irradiated into the absorption band of cerium ions, the UV radiation intensity decreases exponentially over the thickness of the sample. Therefore, in order to gain the necessary dose of radiation over the entire thickness of the sample in the irradiated zone, continuous irradiation is necessary. As a result of this, the irradiated region of the glass acquires luminescent properties upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 350-380 nm. The disadvantage of this method is the long duration of recording information, the need to use glass with a photosensitizer and the inability to rewrite information to implement multiple rewriting and storage of information.
Известен способ модифицирования стекла для записи оптической информации [Патент SU 1714675 А1 Носитель оптической записи], заключающийся в том, что на натриевоборатное стекло с примесью цинка или кадмия в количестве 0,1-5 мас. %, воздействуют мощным УФ-излучением. При этом в облученных областях изменяются спектрально-люминесцентные характеристики, которые отвечают за процесс считывания информации. Недостатком способа является необходимость применения мощных источников УФ-излучения и невозможность перезаписи информации, для реализации многократной перезаписи и хранения информации.A known method of modifying glass for recording optical information [Patent SU 1714675 A1 Optical recording medium], which consists in the fact that sodium-glass with an admixture of zinc or cadmium in the amount of 0.1-5 wt. % are exposed to powerful UV radiation. Moreover, in the irradiated regions, the spectral-luminescent characteristics that are responsible for the process of reading information change. The disadvantage of this method is the need to use powerful sources of UV radiation and the inability to rewrite information to implement multiple rewriting and storage of information.
Известен способ модифицирования стекла для записи оптической информации [Патент RU 2543670 Способ записи оптической информации в стекле], заключающийся в том, что силикатное стекло состава Na2O-ZnO-AlO3-SiO2-NaF-NaCl с добавкой Ag2O (0,24 мас. %) локально облучают сфокусированными фемтосекундными инфракрасными (ИК) лазерными импульсами с длиной волны 1 мкм, длительностью импульсов 200 фс, частотой повторения импульсов 300 кГц и средней мощностью 0,5-3 Вт. После этого облученная зона стекла приобретает люминесцентные свойства при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 350-380 нм. Недостатком способа является невозможность перезаписи информации, для реализации многократной перезаписи и хранения информации.A known method of modifying glass for recording optical information [Patent RU 2543670 A method for recording optical information in glass], which consists in the fact that silicate glass of the composition Na 2 O-ZnO-AlO 3 -SiO 2 -NaF-NaCl with the addition of Ag 2 O (0 , 24 wt.%) Are locally irradiated with focused femtosecond infrared (IR) laser pulses with a wavelength of 1 μm, a pulse duration of 200 fs, a pulse repetition rate of 300 kHz and an average power of 0.5-3 W. After that, the irradiated zone of the glass acquires luminescent properties upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 350-380 nm. The disadvantage of this method is the inability to rewrite information to implement multiple rewriting and storage of information.
Известен способ модифицирования стекла для формирования нанокристаллов CdSe [G. Bell et. al. Direct growth of CdSe semiconductor quantum dots in glass matrix by femtosecond laser beam // Appl. Phys. Lett. 2016. Vol.108, P. 063112], заключающийся в том, что силикатное стекло состава K2O-ZnO-CaO-Na2O-B2O3-SiO2 с добавкой CdSe, нагретое до температур 500-520°С, локально облучают сфокусированными лазерными импульсами с длиной волны 800 нм, длительностью импульсов 50 фс, частотой повторения импульсов 1 кГц и средней мощностью импульсов 250 мВт в течение 6 часов. После этого облученная область приобретает оранжевую окраску. Формирование нанокристаллов подтверждается методом спектроскопии комбинационного рассеяния. Недостатками способа является необходимость дополнительного использования печи для локального формирования полупроводниковых нанокристаллов, а также высокая длительность процесса.A known method of modifying glass to form CdSe nanocrystals [G. Bell et. al. Direct growth of CdSe semiconductor quantum dots in glass matrix by femtosecond laser beam // Appl. Phys. Lett. 2016. Vol.108, P. 063112], which consists in the fact that silicate glass of the composition K 2 O-ZnO-CaO-Na 2 OB 2 O 3 -SiO 2 with the addition of CdSe, heated to temperatures of 500-520 ° C, locally irradiated with focused laser pulses with a wavelength of 800 nm, a pulse duration of 50 fs, a pulse repetition rate of 1 kHz and an average pulse power of 250 mW for 6 hours. After that, the irradiated area acquires an orange color. The formation of nanocrystals is confirmed by Raman spectroscopy. The disadvantages of the method is the need for additional use of the furnace for the local formation of semiconductor nanocrystals, as well as the high duration of the process.
Известен способ модифицирования стекла для записи оптической информации [Патент RU 2640836 Способ лазерного модифицирования стекла], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в локальном облучении стекла, содержащего ионы серебра, сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, в котором используют фосфатное стекло, которое облучают линейно-поляризованным фемтосекундным лазерным пучком с энергией импульсов в пределах 30-200 нДж, длительностью в пределах 300-1200 фс, частотой следования в пределах 1-500 кГц, а для фокусировки лазерного пучка применяют объектив с числовой апертурой 0,4-0,9. В результате применения способа лазерного модифицирования стекла, в объеме стекла возможна трехмерная запись микрообластей диаметром 1-5 мкм с люминесцентными (при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 350-380 нм) и двулучепреломляющими свойствами, зависящими от параметров лазерного пучка, которые можно использовать для сверхплотной записи оптической информации.A known method of modifying glass for recording optical information [Patent RU 2640836 Method for laser glass modification], selected as a prototype, which consists in local irradiation of glass containing silver ions with focused femtosecond laser pulses with a wavelength in the near infrared range, which use phosphate glass which is irradiated with a linearly polarized femtosecond laser beam with a pulse energy in the range of 30-200 nJ, a duration in the range of 300-1200 fs, and a repetition rate I am in the range of 1-500 kHz, and a lens with a numerical aperture of 0.4-0.9 is used to focus the laser beam. As a result of applying the method of laser glass modification, three-dimensional recording of microregions with a diameter of 1-5 microns with luminescent (upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 350-380 nm) and birefringent properties depending on the parameters of the laser beam, which can be used for superdense, is possible in the glass volume. recording optical information.
Недостатком способа является невозможность стирания сформированных микрообластей, для реализации оптической памяти на стекле с возможностью многократной перезаписи.The disadvantage of this method is the inability to erase the formed microregions for the implementation of optical memory on glass with the possibility of multiple rewriting.
Известно, что полупроводниковые квантовые точки (КТ) сульфида кадмия представляют собой частицы нанометрового размера, обладающие уникальными оптическими и электронными свойствами, и в настоящее время составляют предмет интенсивных исследований для широкого диапазона областей применения, таких как преобразование солнечной энергии и молекулярная и клеточная визуализация. Спектр люминесценции КТ сульфида кадмия представляет собой относительно узкую полосу с максимумом в видимом диапазоне при возбуждении излучением с длиной волны 350-420 нм.Cadmium sulfide semiconductor quantum dots (QDs) are known to be nanometer-sized particles with unique optical and electronic properties, and are currently the subject of intense research for a wide range of applications, such as solar energy conversion and molecular and cellular imaging. The luminescence spectrum of QD cadmium sulfide is a relatively narrow band with a maximum in the visible range when excited by radiation with a wavelength of 350-420 nm.
Задачей настоящего изобретения является запись, стирание и повторная запись в стекле микрообластей размером 1-30 мкм, обладающих люминесценцией, для реализации долговечной оптической памяти с возможностью многократной перезаписи.The objective of the present invention is the recording, erasing and re-recording in glass of microregions 1-30 μm in size, having luminescence, to realize a durable optical memory with the possibility of multiple rewriting.
Поставленная задача решается способом лазерного модифицирования стекла для записи информации, включающим локальное облучение стекла сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, а для фокусировки лазерного пучка применяют объектив с числовой апертурой 0,45-0,85, с формированием люминесцирующих микрообластей, при этом для облучения используют силикатное стекло состава мас. %: 0,5-4 CdS, 22-23 К2О, 19-20 ZnO, 3-4 В2О3, 50-53 SiO2, на которое воздействуют сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с энергией 100-400 нДж, длительностью лазерных импульсов 180-600 фс, частотой следования лазерных импульсов 100-1000 кГц с формированием микрообластей диаметром 1-30 мкм, обладающих люминесценцией в спектральном диапазоне 430-800 нм при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 400-410 нм, затем записанную микрообласть обрабатывают сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, с энергией лазерных импульсов 100-400 нДж, длительностью лазерных импульсов 180-600 фс, частотой следования лазерных импульсов 50-500 кГц, при одновременном перемещении стекла относительно сфокусированного пучка по криволинейной траектории, со скоростью перемещения ν в диапазоне 10-30 мкм/с, диаметром d в диапазоне 30-100 мкм, и частотой осцилляций вдоль оси, перпендикулярной направлению перемещения, в плоскости, перпендикулярной направлению падения записывающего лазерного пучка, равной 20 Гц, затем повторно воздействуют сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, и параметрами лазерного пучка, используемыми при записи исходных микрообластей.The problem is solved by a method of laser glass modification for recording information, including local irradiation of glass with focused femtosecond laser pulses with a wavelength in the near infrared range, and a lens with a numerical aperture of 0.45-0.85 is used to focus the laser beam, with the formation of luminescent microregions, while for irradiation use silicate glass composition wt. %: 0.5-4 CdS, 22-23 K 2 O, 19-20 ZnO, 3-4 V 2 O 3 , 50-53 SiO 2 , which are affected by focused femtosecond laser pulses with an energy of 100-400 nJ, duration 180-600 fs laser pulses, 100-1000 kHz laser pulse repetition rate with the formation of microregions with a diameter of 1-30 microns, having luminescence in the spectral range of 430-800 nm upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 400-410 nm, then the recorded microregion is processed with focused femtosecond laser pulses with a wavelength in the near infrared di a zone with a laser pulse energy of 100-400 nJ, a laser pulse duration of 180-600 fs, a laser pulse repetition rate of 50-500 kHz, while moving the glass relative to the focused beam along a curved path, with a velocity of ν in the range of 10-30 μm / c, with a diameter d in the range of 30-100 μm, and a frequency of oscillations along an axis perpendicular to the direction of movement, in a plane perpendicular to the direction of incidence of the recording laser beam, equal to 20 Hz, then repeatedly act with focused fems tosecond laser pulses with a wavelength in the near infrared range, and the parameters of the laser beam used to record the original microregions.
В отличие от прототипа, в результате лазерного модифицирования стекла по предлагаемому способу, записанные микрообласти можно стирать и снова записывать, при этом сохраняются люминесцентные свойства с соотношением сигнал/шум более 1,5, что позволяет уверенно считывать записанные с помощью квантовых точек данные. Возможности стирания и перезаписи записанных люминесцирующих областей определяются выбранным составом стекла, кристаллизационная способность которого позволяет локально формировать и аморфизировать квантовые точки, и оптимизированным для выбранного стекла режимом лазерной обработки. Таким образом, заявляемый способ модифицирования силикатного стекла с сульфидом кадмия позволяет реализовывать многократную перезапись и хранение информации.Unlike the prototype, as a result of laser modification of glass according to the proposed method, the recorded microregions can be erased and recorded again, while retaining the luminescent properties with a signal to noise ratio of more than 1.5, which allows you to confidently read the data recorded using quantum dots. The possibilities of erasing and overwriting the recorded luminescent regions are determined by the selected glass composition, the crystallization ability of which allows locally forming and amorphizing quantum dots, and the laser processing mode optimized for the selected glass. Thus, the inventive method of modifying silicate glass with cadmium sulfide allows for multiple rewriting and storage of information.
Достижение заявляемого технического результата подтверждается следующими примерами.The achievement of the claimed technical result is confirmed by the following examples.
Пример 1: В стекле состава 3,85 CdS; 22,16 K2O; 19,27 ZnO; 3,86 B2O3; 50,86 SiO2 (мас. %) сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем ИК диапазоне, энергией импульсов 400 нДж, длительностью импульсов 180 фс, с частотой повторения импульсов 1000 кГц при линейной поляризации лазерного пучка, сфокусированного через объектив с числовой апертурой 0,45, формируются микрообласти диаметром 30 мкм, обладающие люминесценцией в спектральном диапазоне 430-800 нм (фиг. 2) (при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 400-410 нм). Затем записанные микрообласти обрабатывают фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, с энергией лазерных импульсов 400 нДж, длительностью лазерных импульсов 180 фс, частотой следования лазерных импульсов 500 кГц, для фокусировки лазерного пучка применяют объектив с числовой апертурой 0,45 при одновременном перемещении стекла относительно сфокусированного пучка по криволинейной траектории (фиг. 1), которая задается скоростью перемещения (ν) 30 мкм/с, диаметром (d) 100 мкм, и частотой осцилляций вдоль оси, перпендикулярной направлению перемещения, в плоскости, перпендикулярной направлению падения записывающего лазерного пучка, равной 20 Гц, что приводит к стиранию исходных микрообластей (фиг. 3). После чего в обработанной лазерным пучком области проводится повторное локальное облучение фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, и параметрами лазерного пучка, используемыми при записи исходных микрообластей, в результате чего происходит образование новых микрообластей диаметром 30 мкм, обладающих люминесценцией в спектральном диапазоне 430-800 нм (фиг. 4) (при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 400-410 нм).Example 1: In a glass composition of 3.85 CdS; 22.16 K 2 O; 19.27 ZnO; 3.86 B 2 O 3 ; 50.86 SiO 2 (wt.%) Focused femtosecond laser pulses with a wavelength in the near IR range, a pulse energy of 400 nJ, a pulse duration of 180 fs, a pulse repetition rate of 1000 kHz with linear polarization of a laser beam focused through a lens with a numerical aperture 0.45, microregions with a diameter of 30 μm are formed, having luminescence in the spectral range of 430-800 nm (Fig. 2) (upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 400-410 nm). Then, the recorded microregions are treated with femtosecond laser pulses with a wavelength in the near infrared range, with a laser pulse energy of 400 nJ, a laser pulse duration of 180 fs, a laser pulse repetition rate of 500 kHz, and a 0.45 numerical aperture lens used to focus the laser beam while moving glass relative to the focused beam along a curved path (Fig. 1), which is determined by the displacement velocity (ν) of 30 μm / s, diameter (d) of 100 μm, and the oscillation frequency along Perpendicular to the direction of movement, in a plane perpendicular to the direction of incidence of the recording laser beam of 20 Hz, which erases the initial microregions (FIG. 3). Then, in the region treated with the laser beam, repeated local irradiation with femtosecond laser pulses with a wavelength in the near infrared range and the laser beam parameters used to record the initial microregions are performed, resulting in the formation of new microregions with a diameter of 30 μm having luminescence in the spectral range 430 -800 nm (Fig. 4) (upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 400-410 nm).
Пример 2: В стекле состава 1,96 CdS; 22,60 K2O; 19,65 ZnO; 3,93 В2О3; 51,86 SiO2 (мас. %) сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем ИК диапазоне, энергией импульсов 200 нДж, длительностью импульсов 300 фс, с частотой повторения импульсов 500 кГц при линейной поляризации лазерного пучка, сфокусированного через объектив с числовой апертурой 0,55, формируются микрообласти диаметром 15 мкм, обладающие люминесценцией в спектральном диапазоне 430-800 нм (при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 400-410 нм). Затем записанные микрообласти обрабатывают фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, с энергией лазерных импульсов 200 нДж, длительностью лазерных импульсов 300 фс, частотой следования лазерных импульсов 250 кГц, для фокусировки лазерного пучка применяют объектив с числовой апертурой 0,55 при одновременном перемещении стекла относительно сфокусированного пучка по криволинейной траектории (фиг. 1), которая задается скоростью перемещения (ν) 20 мкм/с, диаметром (d) 60 мкм, и частотой осцилляций вдоль оси, перпендикулярной направлению перемещения, в плоскости, перпендикулярной направлению падения записывающего лазерного пучка, равной 20 Гц, что приводит к стиранию исходных микрообластей. После чего в обработанной лазерным пучком области проводится повторное локальное облучение фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, и параметрами лазерного пучка, используемыми при записи исходных микрообластей, в результате чего происходит образование новых микрообластей диаметром 15 мкм, обладающих люминесценцией в спектральном диапазоне 430-800 нм (при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 400-410 нм).Example 2: In a glass composition of 1.96 CdS; 22.60 K 2 O; 19.65 ZnO; 3.93 V 2 O 3 ; 51.86 SiO 2 (wt.%) Focused femtosecond laser pulses with a wavelength in the near IR range, a pulse energy of 200 nJ, a pulse duration of 300 fs, a pulse repetition rate of 500 kHz with linear polarization of a laser beam focused through a digital aperture lens 0.55, microregions with a diameter of 15 μm are formed, having luminescence in the spectral range of 430-800 nm (upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 400-410 nm). Then, the recorded microregions are treated with femtosecond laser pulses with a wavelength in the near infrared range, with a laser pulse energy of 200 nJ, a laser pulse duration of 300 fs, a laser pulse repetition rate of 250 kHz, and a 0.55 numerical aperture lens is used to focus the laser beam while moving glass relative to the focused beam along a curved path (Fig. 1), which is determined by the displacement velocity (ν) of 20 μm / s, diameter (d) of 60 μm, and the oscillation frequency along the axis perpendicular to the direction of movement, in a plane perpendicular to the direction of incidence of the recording laser beam, equal to 20 Hz, which leads to the erasure of the original microregions. Then, in the region treated with the laser beam, repeated local irradiation with femtosecond laser pulses with a wavelength in the near infrared range and the laser beam parameters used to record the initial microregions are performed, resulting in the formation of new microregions with a diameter of 15 μm, having luminescence in the spectral range 430 -800 nm (upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 400-410 nm).
Пример 3: В стекле состава 0,5 CdS; 22,93 K2O; 19,94 ZnO; 3,99 B2O3; 52,64 SiO2 (мас. %) сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем ИК диапазоне, энергией импульсов 100 нДж, длительностью импульсов 600 фс, с частотой повторения импульсов 100 кГц при линейной поляризации лазерного пучка, сфокусированного через объектив с числовой апертурой 0,85, формируются микрообласти диаметром 5 мкм, обладающие люминесценцией в спектральном диапазоне 430-800 нм (при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 400-410 нм). Затем записанные микрообласти обрабатывают фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, с энергией лазерных импульсов 100 нДж, длительностью лазерных импульсов 600 фс, частотой следования лазерных импульсов 50 кГц, для фокусировки лазерного пучка применяют объектив с числовой апертурой 0,85 при одновременном перемещении стекла относительно сфокусированного пучка по криволинейной траектории (фиг. 1), которая задается скоростью перемещения (ν) 10 мкм/с, диаметром (d) 30 мкм, и частотой осцилляций вдоль оси, перпендикулярной направлению перемещения, в плоскости, перпендикулярной направлению падения записывающего лазерного пучка, равной 20 Гц, что приводит к стиранию исходных микрообластей. После чего в обработанной лазерным пучком области проводится повторное локальное облучение фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, и параметрами лазерного пучка, используемыми при записи исходных микрообластей, в результате чего происходит образование новых микрообластей диаметром 5 мкм, обладающих люминесценцией в спектральном диапазоне 430-800 нм (при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 400-410 нм).Example 3: In a glass composition of 0.5 CdS; 22.93 K 2 O; 19.94 ZnO; 3.99 B 2 O 3 ; 52.64 SiO 2 (wt.%) Focused femtosecond laser pulses with a wavelength in the near IR range, a pulse energy of 100 nJ, a pulse duration of 600 fs, and a pulse repetition rate of 100 kHz with linear polarization of a laser beam focused through a digital aperture lens 0.85, microregions with a diameter of 5 μm are formed, having luminescence in the spectral range of 430-800 nm (upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 400-410 nm). Then, the recorded microregions are treated with femtosecond laser pulses with a wavelength in the near infrared range, with a laser pulse energy of 100 nJ, a laser pulse duration of 600 fs, a laser pulse repetition rate of 50 kHz, and a numerical aperture of 0.85 is used to focus the laser beam while moving glass relative to the focused beam along a curved path (Fig. 1), which is set by the displacement velocity (ν) of 10 μm / s, diameter (d) of 30 μm, and the oscillation frequency along the axis, perpendicular to the direction of movement, in a plane perpendicular to the direction of incidence of the recording laser beam, equal to 20 Hz, which leads to the erasure of the original microregions. Then, in the region treated with the laser beam, repeated local irradiation with femtosecond laser pulses with a wavelength in the near infrared range and the laser beam parameters used to record the initial microregions is performed, resulting in the formation of new microregions with a diameter of 5 μm, having luminescence in the spectral range 430 -800 nm (upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 400-410 nm).
Выводы. Как видно из приведенных выше примеров, применение данного способа позволяет записывать, стирать и повторно записывать в стекле микрообласти размером 1-30 мкм, обладающие люминесценцией для реализации долговечной оптической памяти с возможностью многократной перезаписи. Предложенный способ не ограничивается применением в технологии оптической памяти и может быть использован для создания интегральных чипов, миниатюрных сенсоров на основе квантовых точек.Conclusions. As can be seen from the above examples, the application of this method allows you to record, wash and re-record in the glass microregions of 1-30 microns in size, having luminescence for realizing long-lasting optical memory with the possibility of multiple rewriting. The proposed method is not limited to the use of optical memory technology and can be used to create integrated chips, miniature sensors based on quantum dots.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018147296A RU2707626C1 (en) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Glass laser modifying method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018147296A RU2707626C1 (en) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Glass laser modifying method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2707626C1 true RU2707626C1 (en) | 2019-11-28 |
Family
ID=68836546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018147296A RU2707626C1 (en) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Glass laser modifying method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2707626C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2783108C1 (en) * | 2021-12-17 | 2022-11-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method for laser modification of glass for recording information |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2288196C1 (en) * | 2005-08-26 | 2006-11-27 | Борис Григорьевич Бердитчевский | Method of producing colored images in transparent glasses |
| US9346706B2 (en) * | 2012-11-29 | 2016-05-24 | Corning Incorporated | Methods of fabricating glass articles by laser damage and etching |
| RU2598011C1 (en) * | 2015-07-16 | 2016-09-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Method for making hollow 3d structure inside photosensitive glass plate |
| RU2616958C1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-04-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method for space-selective crystallisation of glass |
| RU2640606C1 (en) * | 2016-11-25 | 2018-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования - Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method of local nanocrystallization of barium-titanium-silicate glasses |
| RU2640836C1 (en) * | 2016-12-02 | 2018-01-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" | Method of laser glass modifying |
-
2018
- 2018-12-28 RU RU2018147296A patent/RU2707626C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2288196C1 (en) * | 2005-08-26 | 2006-11-27 | Борис Григорьевич Бердитчевский | Method of producing colored images in transparent glasses |
| US9346706B2 (en) * | 2012-11-29 | 2016-05-24 | Corning Incorporated | Methods of fabricating glass articles by laser damage and etching |
| RU2598011C1 (en) * | 2015-07-16 | 2016-09-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Method for making hollow 3d structure inside photosensitive glass plate |
| RU2616958C1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-04-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method for space-selective crystallisation of glass |
| RU2640606C1 (en) * | 2016-11-25 | 2018-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования - Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method of local nanocrystallization of barium-titanium-silicate glasses |
| RU2640836C1 (en) * | 2016-12-02 | 2018-01-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" | Method of laser glass modifying |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2783108C1 (en) * | 2021-12-17 | 2022-11-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method for laser modification of glass for recording information |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wei et al. | Recent advances in hybrid optical materials: integrating nanoparticles within a glass matrix | |
| RU2159471C2 (en) | Optical memory unit | |
| Schwartz et al. | A present understanding of colloidal quantum dot blinking | |
| Hong et al. | Femtosecond laser application for high capacity optical data storage | |
| Klyukin et al. | Luminescence quenching and recovering in photo-thermo-refractive silver-ion doped glasses | |
| RU2707626C1 (en) | Glass laser modifying method | |
| Kulchin et al. | Nonlinear-optical properties of heterogeneous liquid nanophase composites based on high-energy-gap Al2O3 nanoparticles | |
| Lipat’ev et al. | Formation of luminescent and birefringent microregions in phosphate glass containing silver | |
| US20020070352A1 (en) | Creation of three-dimensional structures using ultrashort low energy laser exposure and structures formed thereby | |
| RU2640836C1 (en) | Method of laser glass modifying | |
| RU2543670C1 (en) | Method of recording optical information in glass | |
| Ren et al. | Dual-modulation of micro-photoluminescence in rare-earth-doped crystals by femtosecond laser irradiation for 5D optical data storage | |
| Sun et al. | Low‐Power‐Consumption, Reversible 3D Optical Storage Based on Selectively Laser‐Induced Photoluminescence Degradation in CsPbBr3 Quantum Dots Doped Glass | |
| US6728154B2 (en) | Three-dimensional optical memory medium and process for producing same | |
| JP2023543434A (en) | Process for writing photosensitive glasses and structures formed by modulating the refractive index in the volume of such glasses | |
| RU2713044C1 (en) | Optical information carrier based on oxide glasses | |
| RU2359299C1 (en) | Nonlineral-optical material and method of its receiving | |
| JPH0562239A (en) | Recording medium and information recording method by using this medium | |
| RU2710387C1 (en) | Information recording method in quartz glass | |
| Ignat’ev et al. | Features of the photosensitivity of photothermorefractive laser nanoglass–ceramics doped with rare-earth ions | |
| Lucas et al. | Comparison of photostructural changes induced by continuous and pulsed laser in chalcogenide glass | |
| Kawamura et al. | Nano-fabrication of optical devices in transparent dielectrics: volume gratings in SiO2 and DFB Color center laser in LiF | |
| Lipat’ev et al. | Laser writing of luminescent microdomains with CdS quantum dots in silicate glass | |
| JPH10268364A (en) | Coloring method for glass | |
| Zhong et al. | Space-selective stabilization of bismuth active centers inside porous glass using laser pulses |