研究和评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志》上
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ISSN: 2321 - 6212
1激光和电子束应用、韩国机械和材料研究所(KIMM), 171 Jang-dong Yuseong-Gu,大田市305 - 343年,韩国
2Nano-Mechatronics部、韩国科技大学(科大),176 Gajungdong Yuseong-Gu,大田市305 - 343年,韩国
收到的日期:14/03/2018;接受日期:22/03/2018;发布日期:29/03/2018
DOI: 10.4172 / 2321 - 6215.1000215
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透明的硼硅玻璃(BK7)是广泛应用在光学应用。在此,我们证明了一个棕色的模式生成在BK7玻璃在与近红外辐照Ti:蓝宝石飞秒激光和揭示的重要性,维护激光功率值远低于BK7损伤阈值颜色中心的形成。使用低的激光功率可防止机械损伤的发生(例如,形成微观裂纹或线程)在生成的颜色的区域,和高斯拟合的吸光度光谱BK7表明这种材料展览4.21 eV的带隙和三个吸收边缘。因此,开发模式方法有望找到大量应用在未来的颜色处理线和点的玻璃。
永久的棕色的形成、飞秒激光吸收光谱,透明玻璃,BK7玻璃,颜色中心
BK7玻璃(又名Pyrex)是一个非晶态硼硅玻璃展示网络相互连接的三角波3和四面体SiO4单位。可见光透明度高,最小的热膨胀、化学稳定性、低泡沫BK7玻璃含量使它成为一个受欢迎的材料制造的光学如棱镜和透镜和占其频繁使用光纤包层由于其较低的折射率比其他类型的玻璃(1]。
尽管BK7玻璃出现无色、透明的暴露在可见或较长的光线,就可以形成颜色中心在其暴露在高能(几千瓦/厘米2伽马射线等)电磁辐射x射线和紫外线激光。颜色中心的形成和消失在这些条件下研究了几十年来,和飞秒激光器的发展在1990年代已明确颜色的非接触式注入玻璃更容易(雷竞技网页版2]。然而,基于超快激光颜色修改辐照还没有被广泛探索到目前为止(3),几乎没有任何颜色的机理研究进行了修改产生的飞秒光子之间的相互作用和透明的材料。
在这里,我们表明,用近红外辐照Ti:蓝宝石飞秒激光导致的形成褐色模式在BK7高纯透明玻璃。上面的模式是线性的特征吸收光谱,并进行高斯拟合来展示这种模式在室温的稳定一段时间以及揭示impurity-free颜色中心的形成。
一个飞秒激光光束聚焦到BK7玻璃生成棕色模式在相同,实验装置示意图所示图1。
图1:加工系统的示意图表示用于辐射BK7玻璃与飞秒激光(ATT:衰减器,NDF:中性密度滤光片,承宪:快门,OB:物镜,CCD:电荷耦合装置)
一个二极管抽运钕:YVO4激光作为种子,和激光脉冲延伸和放大使用Ti:蓝宝石再生多通道放大器(Quantronix,泰坦放大器)。锁模钛:蓝宝石激光(Quantronix Integra系统)波长为800 nm,脉冲持续时间130 fs, 1 kHz的重复率是用于颜色的形成。内部的激光束成立专注透明BK7玻璃经过0.15数值孔径物镜(NA)。构建阶段,运营在一个50 nm误差范围在x, y和z轴方向,确保加工精度。
飞秒激光束聚焦在深度200μm玻璃表面的激光功率17使用0.15 mW NA物镜,和(而不是宽)的棕色模式的扫描速度是0.5毫米/秒(图2)。
图2:图像显示棕色模式散装BK7通过飞秒激光加工。
尽管Efimov et al。3)成功地line-patterning硼硅玻璃的表面利用飞秒激光功率低于玻璃损伤阈值,他们发现这种方法不适合免费模式的形成。然而,这里使用的激光强度(0.8×1012W /厘米2)降低了中性密度滤光片,以便内部永久性着色可以执行即使激光束焦点达到在硼硅玻璃,内部损伤阈值的确认等于1012 W /厘米2。
图案BK7由光学显微镜的特点,使得颜色区域的填充线之间的间距被确定为15μm和显示,没有裂缝或线程中形成有图案的区域。此外,roomtemperature吸收光谱生成的颜色模式是使用紫外可见光谱仪(日本岛津公司、uv - 2450),并证实了此模式的颜色视觉观察荧光灯和卤素灯下。
光学显微镜成像显示,激光辐照没有导致任何裂缝或线程的形成有图案的区域(图2)。
周期性排列的结构修改大部分被扫描平面BK7装配式板使用变强度照射和光学X Y−−Z阶段(图2)。这样的周期性排列结构的深度等于1.0毫米的辐照表面板。
modified-refraction-index周期性结构的生成(直径≈2μm,距= 20μm)是归因于低密度等离子体形成(nc< 1.79×1027米3)在单发照射5×1013W /厘米2(图3)。另外,光学周期结构裂缝(直径≈8日至13日μm,距= 20μm)也产生了,这是归因于固体密度等离子体的形成(nc> 1.79×1027米3)在单发照射在4×1014W /厘米2(图3 b)。值得注意的是,任何光学损坏、激光消融在BK7衬底的表面观察激光辐照后在这两种情况下,这意味着低密度等离子体辐照,形成紧密聚焦飞秒梁将用于制造modified-refractive-index内部光栅在BK7盘子。
图3:两种类型的modified-refractive-index内部通过扫描平面光栅捏造BK7板使用光学阶段:(a)点结构;(b)线性结构。
原始的线性吸收特征和laser-irradiated BK7玻璃进行了评估和比较的范围1.5 - -4.0 eV。4 eV范围被避免,因为它接近带隙能源B的2O3-SiO2玻璃。棕色的吸收光谱模式和未成形的BK7玻璃比较观察颜色的光吸收特性特定于区域中心的形成。前光谱装有三个高斯曲线(极大值在1.93,2.24,和2.81 eV)和一个吸收边的带隙,使得带隙能量BK7玻璃在这个实验中,使用高斯拟合,得到的是4.21 eV,和颜色中心由暴露在飞秒激光估计接近1.93 eV, 2.24 eV,分别和2.81 eV (4]。
确认该模式形成时棕色荧光灯和卤素灯下观察。
虽然修改/精密加工透明材料通过超快光子已经进行了广泛的调查(5- - - - - -10),透明的颜色改变材料由于其相互作用的光子一直未开发,因为使用传统的纳秒脉冲激光辐照导致裂缝的产生的区域没有任何变色。因此,任何研究基于颜色变化的应用程序是不可能的。因此,这项工作尤其重要,因为它演示了利用激光的潜在力量下材料损伤阈值可选颜色修改的透明玻璃(BK7)。
蓝宝石,Ti:飞秒激光的波长800 nm用于生产棕色区域透明BK7玻璃。值得注意的是,根据光学显微镜成像的结果,这种辐照玻璃没有导致任何机械损伤。高斯拟合的线性吸收光谱测量允许带隙能量被确定为4.21 eV,和三色的能量中心由暴露在飞秒激光得到1.93,2.24,和2.81 eV。
在BK7玻璃辐照形成的颜色模式,脉冲能量是fine-controlled使用中性密度滤光片,和一个功率级以下材料损伤阈值被用来避免开裂,这暗示过滤技术提供了一个依据未来的彩色处理线和点在玻璃。
这项研究是财务支持的贸易、工业和能源技术(MOTIE)和韩国发展研究所(吉)通过国际合作研发计划(N0001702_Development 100基于飞秒激光的超精密制造系统智能AMOLED显示屏)。
