具有二向色性的、掺杂纳米金颗粒的玻璃及其制备方法.pdf

本发明公开了一种具有二向色性的、掺杂纳米金颗粒的玻璃及其制备方法。通过在高温下合成出掺杂金的无色透明玻璃，然后将其在500～600℃进行二次热处理，制备出紫红色的、掺杂含有大小均一、粒径为纳米尺度的金颗粒的玻璃，最后通过在飞秒激光辐照作用后，对于不同振动方向的偏振光具有不同吸收系数的功能化光学玻璃。

权利要求书
1.  具有二向色性的、掺杂纳米金颗粒的玻璃其特征在于通过将掺杂金的无色透明玻璃在500～600℃进行二次热处理，制备出紫红色的、掺杂含有大小均一、粒径为纳米尺度的金颗粒的玻璃。然后再利用飞秒激光辐照，对于不同振动方向的偏正光具有不同吸收系数的功能化光学玻璃。

2.  如权利要求1所述的具有二向色性的、掺杂纳米金颗粒的玻璃的制备方法，其特征在于制备方法如下：
按组成计算量称取各种组成材料，其成分摩尔百分比为SiO2∶Na2O∶CaO∶MgO∶PbO∶Au2O3＝40％-80％∶5％-20％∶5％-20％∶0％-20％∶0％-10％∶0.005％-0.5％。采用多次加热法制备，即将上述原料充分磨混均匀，置入石英坩埚或铂金坩埚中，放入高温熔炉中；在1450-1700℃下熔融1-5小时，使原料熔融成液态，并使熔料混合均匀。熔料恒温加热1-5小时后，从高温炉子中取出坩埚，并将坩埚中熔料快速倒入事先预热的模具上形成玻璃样品，将玻璃样品放入500-600℃的炉子中，缓慢降温退火18-36小时，退火后的玻璃经切割、抛光等处理，即可得到掺杂金的无色透明玻璃；然后再将掺杂金的玻璃在450-600℃进行二次热处理5-24小时，即可得到析出纳米金颗粒的玻璃；最后通过将飞秒激光聚焦于玻璃内部某一点，利用软件和工作平台控制样品移动进行辐照实验。

3.  根据权利要求2具有二向色性的、掺杂纳米金颗粒的玻璃的制备方法，其特征是所使用飞秒激光的参数为：
飞秒激光频率v＝1千赫兹(kHZ)，脉冲波长λ＝400纳米(nm)，聚焦物镜的数值孔径NA＝0.2-0.8，脉冲周期τ＝120-150飞秒(fs)，聚焦深度h＝50-700微米(μm)，扫描速度V＝5-500微米每秒(μm/s)，每个脉冲的能量E＝0.3-50毫瓦特(mW)。

说明书具有二向色性的、掺杂纳米金颗粒的玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种掺杂纳米金颗粒的玻璃及其制备方法，特别是一种利用飞秒激光辐照产生二向色性的、掺杂纳米金颗粒的功能化光学玻璃及其制备方法。应用于偏振腔、光电二极管、放大器等光学器件。
背景技术
利用掺杂贵重金属元素的玻璃进行各种纳米或者微观结构的设计，对于合成先进材料以及光学研究领域具有十分重要的指导意义。近年来，基于纳米贵重金属颗粒的表面等离子体共振(SPR)、增强的三阶非线性光学系数等特点，掺金、银等玻璃材料在非线性材料、光学元件、纳米光电装置等领域具有巨大的应用前景，使其受到人们越来越多的关注。激光技术的引入使得在玻璃内部控制贵重金属颗粒的大小，形状，密度以及三维空间分布成为可能，尤其是对这种玻璃材料的线性和非线性光学性质进行了最大的优化。文献Appl.Phys.B94，459-465(2009)报道了通过飞秒激光辐射使得玻璃内部的银纳米球状颗粒转变成各向异性的椭球状的银纳米颗粒。文献J.Opt.A：Pure Appl.Opt.11065001(2009)也报道了通过飞秒激光改变玻璃内部银纳米颗粒的形状从而产生光学二向色性。到目前为止，通过使用飞秒激光提高金纳米颗粒的形状和排列，进一步产生二向色性的现象还没有报道过。
总之，通过利用飞秒激光控制调节玻璃内部贵重金属颗粒的大小、形状、密度、以及三维空间排列仍然是一个难题。另外，利用飞秒激光辐照产生的二向色性，使其在偏振腔、光谱分析仪器(色谱仪等)、光谱技术研究等领域具有巨大的应用潜力。
发明内容
本发明的目的是提出一种利用飞秒激光辐照产生二向色性的、掺杂纳米金颗粒的功能化光学玻璃及其制备方法。
本发明具有二向色性的、掺杂纳米金颗粒的功能化光学玻璃的特征如下：
通过在高温下合成出掺杂金的无色透明玻璃，然后将其在500～600℃进行二次热处理，制备出紫红色的、掺杂含有大小均一、粒径为纳米尺度的金颗粒玻璃。最后通过在飞秒激光辐照下，对于不同振动方向的偏正光具有不同吸收系数的功能化光学玻璃。
本发明具有二向色性的、掺杂纳米金颗粒的功能化光学玻璃的制备方法如下：
按组成计算量称取各种组成材料，其成分摩尔百分比为SiO2∶Na2O：CaO：MgO∶PbO∶Au2O3＝40％-80％∶5％-20％∶5％-20％∶0％-20％∶0％-10％∶0.005％-0.5％。采用多次加热法制备，即将上述原料充分磨混均匀，置入石英坩埚或铂金坩埚中，放入高温熔炉中；在1450-1700℃下熔融1-5小时，使原料熔融成液态，并使熔料混合均匀。熔料恒温加热1-5小时后，从高温炉子中取出坩埚，并将坩埚中熔料快速倒入事先预热的模具上形成玻璃样品，将玻璃样品放入500-600℃的炉子中，缓慢降温退火18-36小时，退火后的玻璃经切割、抛光等处理，即可得到掺杂金的无色透明玻璃；然后再将掺杂金的玻璃在450-600℃进行二次热处理5-24小时，即可得到析出纳米金颗粒的紫红色玻璃；最后通过将飞秒激光聚焦于玻璃内部某一点，利用软件和工作平台控制样品移动进行辐照实验。
本发明具有二向色性的、掺杂纳米金颗粒的功能化光学玻璃所使用飞秒激光的参数为：
飞秒激光频率ν＝1千赫兹(kHZ)，脉冲波长λ＝400纳米(nm)，聚焦物镜的数值孔径NA＝0.2-0.8，脉冲周期τ＝120-150飞秒(fs)，聚焦深度h＝50-700微米(μm)，扫描速度V＝5-500微米每秒(μm/s)，每个脉冲的能量E＝0.3-50毫瓦特(mW)。
本发明具有二向色性的、掺杂纳米金颗粒的功能化光学玻璃为掺杂含有大小均一、直径为3～5m的纳米金颗粒，对于不同振动方向的偏正光具有不同吸收系数的功能化光学玻璃，在偏振腔、光谱分析仪器(色谱仪等)、光谱技术研究等领域具有巨大的应用潜力。
附图说明
图1实例1中得到的具有二向色性的、掺杂纳米金颗粒的玻璃的透射电镜TEM照片和不同方向偏振光的吸收光谱图
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
先制备摩尔百分比为20Na2O·6CaO·70SiO2·4PbO·0.01Au2O3的玻璃。采用石英砂、纯碱、碳酸钙、氧化铅和氯金酸为主要原料，先分别称取42.0克石英砂、21.2克纯碱、6.0克碳酸钙、8.93克氧化铅以及0.039g氯酸金，将上述原料充分磨混均匀，置入石英坩埚或铂金坩埚中，放入高温熔炉中；在1500℃下熔融2小时，使原料熔融成液态，并使熔料混合均匀。熔料恒温加热2小时后，从高温炉子中取出坩埚，并将坩埚中熔料快速倒入事先预热的模具上形成玻璃样品，将玻璃样品放入500℃的炉子中，缓慢降温退火24小时，退火后的玻璃经切割、抛光等处理，即可得到掺杂金的无色透明玻璃；然后再将掺杂金的玻璃在500℃抛光等处理，即可得到掺杂金的无色透明玻璃；然后再将掺杂金的玻璃在500℃进行二次热处理12小时，即可得到析出纳米金颗粒的玻璃；最后通过将飞秒激光聚焦于玻璃内部某一点，利用软件和工作平台控制样品移动进行辐照实验。激光参数分别为：飞秒激光频率ν＝1千赫兹(kHZ)，脉冲波长λ＝400纳米(nm)，聚焦物镜的数值孔径NA＝0.6，脉冲周期τ＝120飞秒(fs)，聚焦深度h＝300微米(μm)，扫描速度V＝50微米每秒(μm/s)，每个脉冲的能量E＝2.5毫瓦特(mW)。
图1为实例1中具有二向色性的、掺杂纳米金颗粒的玻璃在350-550nm和550-750nm波长范围内，相同辐射区域的对不同方向偏正光的吸收光谱图。从图中可以很明显观察到，在350-550nm波长范围内，样品对于水平偏正光的吸收系数大于垂直偏正光的吸收系数，而550-750nm波长范围内，情况正好相反，样品对于水平偏正光的吸收系数小于垂直偏正光的吸收系数。