利用组合玻璃制造的方法可以生产尺寸更小形状更复杂的光学元件

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一种通过集成两种具有不同物理特性的玻璃来创建微结构的制造技术可以为光谱、成像、传感和其他应用中使用的复杂红外(IR)光学提供途径。洛桑埃科尔理工学院(EPFL)的研究人员开发了这项技术。它可以与各种类型的玻璃一起使用,以创建几乎任何具有1μm或更小特征的3D形状。


研究人员创建了嵌入熔融石英基质中的微型、自由形式的三维硫系微结构。硫系玻璃在红外波段有很宽的透射窗口,但由于其机械性能差、化学稳定性和环境稳定性差,很难在三维空间进行结构设计。

领导这项研究的Yves Bellouard教授说:“传输红外波长的玻璃在许多应用中都是必不可少的,包括用于识别各种材料和物质的光谱技术。然而,红外玻璃很难制造,易碎,在潮湿的环境中容易降解。”


利用飞秒激光辅助化学蚀刻,研究人员在熔融石英玻璃基板内创建了一个任意形状的3D腔。利用飞秒激光的脉冲束,他们修改了二氧化硅玻璃结构,以便用氢氟酸等化学物质去除玻璃的暴露区域,从而形成微腔。


然后,使用微型压力辅助铸造,他们熔化并加压硫系元素,使其能够流入雕刻的二氧化硅空腔网络。微观结构检查证实了硫系元素渗透前后材料性能的一致性。


尽管研究人员使用硫系玻璃来展示他们的技术,但他们表示,流入雕刻二氧化硅空腔的材料可以是金属、玻璃或任何其他不与二氧化硅玻璃反应的材料,其熔点低于雕刻二氧化硅基底。


此外,这项技术还使EPFL团队能够在保持微米分辨率和亚微米粗糙度的同时,构建任意的三维玻璃中的玻璃元件。由此产生的硅硫化合物复合材料在宽光谱范围内提供了高折射率对比度,其几何形状和尺寸适合复杂, 基于全内反射光学设计原理的三维红外光学。

熔融石英还可以作为硫系玻璃微结构的机械和化学抗性支撑和保护。


Bellouard说:“我们的制造方法可以用来保护红外玻璃,为完全集成在另一个玻璃基板上的微型红外光学电路开辟了新的途径。此外,由于熔融石英和硫系元素提供了高折射率对比度,我们可以将这些材料制成红外波导,可以像光纤一样传输光。”


研究人员用硫系玻璃和硅玻璃基 *** 作了几种不同的形状,包括EPFL标志。他们与苏黎世ETH的同事一起证明,其中一些结构可用于引导QCL在8μm处发出的中红外光。研究人员称,由于制造方面的挑战,该光谱范围内可用的光学元件数量有限。


该技术可以为一系列全新的光学设备打开大门,因为它可以用来制作红外光学电路和任意形状的红外微光学器件,而这在以前是不可能的,因为红外玻璃的可制造性很差。利用这种新方法,光学元件可以用来制造一个足够小的红外摄像头,可以集成到智能手机中。



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