专利名称：透明SiO的制作方法
技术领域：
本发明涉及三维彩色图案，特别是一种透明SiO2凝胶内部形成三维彩色立体图案的方法，特别涉及到利用纳秒(1×10-9秒)至飞秒(1×10-15秒)脉冲激光作用于透明SiO2凝胶内部形成三维彩色立体图案的方法。
背景技术：
透明材料晶莹剔透，深受人们的喜爱。如果能在其内部制备出立体图案，则不但可以作为具有欣赏性的工艺品，而且有可能作为功能化器件的材料，如光存储、光开关等。
在先技术中，陈亭等发明人提供一种利用脉冲宽度为纳秒级的钇石榴石(YAG)激光器(中国专利ZL97234928.6)，利用激光束与玻璃相互作用引起的破坏(breakdown)导致的炸裂点排成的立体图形。一般炸裂点为几十至几千个微米的裂纹。由于炸裂点对可见光的漫散而呈白色。然而这种方法不能形成彩色的立体图案。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述在先技术中的不足，提供一种透明SiO2凝胶内部形成三维彩色立体图案的方法，本发明的技术解决方案如下一种透明SiO2凝胶内部形成三维彩色立体图案的方法，其特征在于将脉冲宽度由飞秒至纳秒的激光来聚焦到掺杂有金属离子的凝胶内，析出纳米金属颗粒，具体做法是
①制备并选择掺杂金、银、铜、铂和/或钯离子的透明SiO2凝胶介质；②选择输出激光脉冲宽度为1×10-13秒至1×10-8秒的激光器，其激光束经过聚焦后，焦斑上的光功率密度大于1×106W/cm2；③将所述的激光束聚焦于含有上述掺杂金属成分的SiO2凝胶内部，进行激光照射，写入三维立体图案；④将上述经过激光照射后的凝胶样品在室温下放置1～5个月或在80～130℃退火0.5～15小时；本发明的实质是采用当激光的脉冲宽度由飞秒展宽至纳秒时，将激光经光学透镜聚焦后照射到掺杂了Ag、Au、Cu等金属离子的透明SiO2凝胶内，通过改变激光的照射条件，如脉冲能量、脉冲宽度、照射时间等，均可以在激光照射过的区域析出空间和尺寸可控分布的金属纳米颗粒并产生与此相关的彩色着色效应。本发明可用于三维多色图案的形成，又因析出的纳米金属颗粒线度极小且可控其空间周期性分布，因此有可能用于超高密度的三维光存储以及三维光子晶体等。
本发明方法的关键在于采用聚焦的激光照射到掺杂了功能金属离子的凝胶，使激光焦点附近由于激光与介质的非线性相互作用导致金属离子的还原。如 Ag++e-→Ag0。提供电子的源可为共掺的离子或介质材料。由于Au、Ag、Cu、铂和钯等金属原子的移动产生团聚，形成对应的金属的胶粒乃至纳米颗粒。通过调节激光照射条件，可控制金属纳米颗粒的尺寸分布。由于金属纳米颗粒的表面等离子体吸收取决于其尺寸分布，因此可以在一块含有同种发光中心的凝胶内部实现着色的调节。
可析出金属纳米粒子的种类包括Au、Ag、Cu、Pt、Pd。激光脉宽为100飞秒(100×10-15秒)至10纳秒(10×10-9秒)；激光作用点光强＞1×106W/cm2；激光作用点面积(即焦斑面积)可以缩小至0.2μm。
与在先技术相比，本发明方法能够在本发明中所采用的含有上述金属离子的SiO2凝胶样品中利用激光照射形成三维彩色图案。
图1为本发明中所采用掺杂金离子的凝胶，用脉冲宽度为10纳秒的激光辐照后得到的金属纳米颗粒构成的字母“P”形图案。
具体实施例方式
用以下实施例对本发明作进一步说明，以便于对本发明及其优点的理解。
实施例1按照上述具体做法<1>制备掺杂金离子的凝胶样品；<2>选择激光脉冲宽度为100fs、波长为800nm的激光束、激光的脉冲频率为1KHz；<3>用三维移动平台和计算机控制进行激光照射。在空气中放置1-5个月或在30～130℃退火0.5～15小时，即可观察到样品内部红色图案。调节辐照的激光功率和时间，图案颜色可以在深红、紫和黄色等颜色范围内变化。
实施例2按照上述具体做法<1>选择掺杂金离子的透明SiO2凝胶样品；<2>选择用532nm波长、10ns(纳秒)脉宽、重复频率为50Hz的掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)倍频激光照射；<3>用三维移动平台和计算机软件控制激光束写入字母“P”形图案。激光的平均功率为10mW，写入的图案无色，经1～5月放置后，颜色逐渐转变为红色。结果如图1所示。
实施例3按照上述具体做法<1>选择掺杂银离子的凝胶样品；<2>选用20倍(NA＝0.46)的物镜将波长为800nm的飞秒激光(脉宽200fs，脉冲频率200KHz，平均功率100mW)聚焦辐照到凝胶内部，在凝胶内部雕入字母图案，图案呈灰色。经1～5个月时间放置或在30～130℃退火0.5～15小时后，图案颜色转变为淡黄色。在透射电子显微镜下观察表明析出了银纳米颗粒。淡黄色的颜色是Ag纳米颗粒的表面等离子体吸收所致。
实施例4按照上述具体做法<1>选择凝掺杂铂和钯离子的凝胶样品；<2>选用脉宽120fs、800nm波长、频率1KHz的激光聚焦照射，激光平均功率300mW，用10倍(NA＝0.30)物镜聚焦激光束。<3>用三维移动平台和计算机控制激光束写入字母图案。写入的图案呈灰色，经1～5个月时间放置或在30～130℃退火0.5～15小时后，图案颜色转变为黑色。
权利要求
1.一种透明SiO2凝胶内部形成三维彩色图案的方法，其特征在于将脉冲宽度由飞秒至纳秒的激光束聚焦到掺杂有金属离子的凝胶内，析出纳米金属颗粒。
2.根据权利要求1所述的透明SiO2凝胶内部形成三维彩色图案的方法，其特征在于该方法的具体做法是①制备并选择掺杂有金、银、铜、铂或钯离子的透明SiO2凝胶介质；②选择输出激光脉冲宽度为1×10-13秒至1×10-8秒的激光器，其激光束经过聚焦后，焦斑上的光功率密度大于1×106W/cm2；③将所述的激光束聚焦于含有所述的掺入金属离子的SiO2凝胶内部，进行激光照射，写入三维立体图案；④将上述经过激光照射后的凝胶样品在室温下放置1～5个月或在80～130℃退火0.5～15小时。
全文摘要
本发明涉及一种透明SiO
文档编号G11B7/24GK1800913SQ20061002341
公开日2006年7月12日 申请日期2006年1月18日 优先权日2006年1月18日
发明者赵崇军, 曲士良, 赵全忠, 孟宪赓, 周秦岭, 陈庆希, 姜雄伟 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所