[发明专利]一种基于缺陷诱导的空间选择性析晶的微晶玻璃的制备方法

说明书

本发明属于光学微晶玻璃的技术领域，公开了一种基于缺陷诱导的空间选择性析晶的微晶玻璃的制备方法。方法：将内部有缺陷的母体玻璃进行热处理，获得空间选择性析晶的微晶玻璃；所述热处理的温度为母体玻璃的析晶温度；所述内部有缺陷的母体玻璃是将表面易析晶内部难析晶且为非量子点析晶的母体玻璃的内部制备出缺陷得到；所述缺陷是将激光聚焦到母体玻璃的内部制备出所需的孔洞缺陷。本发明的方法简单，高效制备出空间选择性析晶的微晶玻璃；而且晶体可以围绕缺陷自动生长无需单点长时间激光辐照，制备图案也无需逐点激光扫描，效率高；本发明的方法适用的晶体体系广。

技术领域

本发明属于光学微晶玻璃的技术领域，涉及一种基于缺陷诱导的空间选择性析晶的微晶玻璃的制备方法。

背景技术

随着万物互联的时代到来，光子器件在其中发挥着愈加重要的作用。相比于单晶体，玻璃制备过程简单，是制备低成本光子器件的理想材料。

为了赋予玻璃材料光子学特性，常需要在玻璃内部空间选择性诱导析晶，制备光子晶体结构。激光空间选择性诱导析晶技术是目前常见的技术方案。根据析晶的原理，激光空间选择性诱导析晶技术可分为两种类型：

(1)、基于激光的局域热场效应的空间选择性析晶(如：S.D.McAnany,etal.Challenges of laser-induced single-crystal growth in glass:incongruentmatrix composition and laser scanning rate.Cryst.Growth Des.2019,19,4489.)。通过将激光聚焦到玻璃内部特定的位置，玻璃由于吸收光子能量而发热使得玻璃的局域温度升高到析晶温度以上从而实现空间选择性析出晶体。晶体析出的位置为激光聚焦位置。此方法适用的玻璃材料体系为容易析晶的玻璃体系。但由于玻璃吸收光子升温到析晶温度需要时间，单点照射时间为秒级到分钟级，制备复杂光子晶体图案时需要耗时较长。

(2)、基于玻璃局域网络破坏的空间选择性析晶(如：H.D.Zeng,et al.Space-selective precipitation of gold nanoparticles in glass induced by femtosecondlaser and spectra properties.Acta Optica Sinica 2003,23,1076.；CN 110540362A)。通过将激光聚焦到玻璃内部的特定位置，激光破坏玻璃的网络结构，量子点晶体(如：金、银单质或钙钛矿型量子点)结构较为松散，可直接从玻璃网络中析出。技术上通常会再加辅助热场增强析出的效果。晶体析出的位置为激光聚焦位置。此方法适用的玻璃材料体系为量子点析晶的玻璃体系。单点扫描时间为亚秒到秒量级。辅助热场作用时间为小时量级(10小时)。此方法制备复杂光子晶体图案时效率较局域热场效应的空间选择性析晶技术效率高，但是适用的玻璃体系范围窄，仅局限于析出晶体为量子点体系。

此外，上述两种方法晶体析出的位置为激光聚焦的位置，逐点扫描是唯一的扫描方式，制备的效率较低。

发明内容

为了克服基于激光的局域热场效应的空间选择性析晶技术制备复杂光子晶体结构需时较长，基于玻璃局域网络破坏的空间选择性析晶技术适用体系局限，以及上述两种方法制备光子晶体结构需要逐点扫描效率较低的缺点，本发明的目的在于提供一种高效空间选择性析晶，且析出晶体不为量子点的微晶玻璃的制备方法。本发明利用激光在表面易析晶内部难析晶的母体玻璃内部空间选择性制备缺陷。表面易析晶内部难析晶的玻璃体系内部结晶势垒较大一般难以结晶，但激光制备的缺陷表面可以充当非均匀成核的中心，降低结晶势垒。在热场作用下玻璃加热到析晶温度，晶体将沿缺陷表面的法线方向自动生长，晶体取向为晶体生长速率最快的方向。而其余位置由于结晶势垒较大而难以析晶，从而达到空间选择性析晶的目的。

本发明的目的通过以下技术方案实现：