硫系玻璃是由硫、碲和硒等多種硫元素組合而成，由于其廣泛的紅外傳輸窗口和潛在的非線性特性，是一種很有吸引力的光學(xué)材料。但它們往往還擁有較差的機(jī)械性能，以及較低的化學(xué)和環(huán)境穩(wěn)定性，而制造生瓷玻璃的三維微結(jié)構(gòu)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

瑞士研究中心EPFL的一個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種 ＂玻璃中的玻璃 ＂的制造方法，它可以為三維幾何形狀復(fù)雜的致冷劑－二氧化硅微玻璃復(fù)合材料提供一種途徑，適合用于紅外成像和傳感。該技術(shù)發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》上，它涉及到在熔融石英模具內(nèi)創(chuàng)建成型的三維空腔，然后用致冷劑玻璃填充，形成與雕刻的石英模具結(jié)構(gòu)形狀相匹配的結(jié)構(gòu)。

該項(xiàng)目制作了EPFL的標(biāo)志，以展示該方法如何被用來制作復(fù)雜的三維形狀。上圖為暗場照明，下圖為明場照明。資料來源：Yves Bellouard， EPFL

EPFL的Enrico Casamenti說：“我們的技術(shù)可以為一系列新的光學(xué)設(shè)備打開大門，它可以用來制造紅外光路和任意形狀的紅外微光學(xué)器件，而這在以前是不可能的，因?yàn)榧t外玻璃的可制造性差?！?/p>

據(jù)EPFL稱，所涉及的兩種材料，即熔融石英和致冷劑，提供了一種高指數(shù)對比的組合。除了其特定的光學(xué)特性外，熔融石英可作為機(jī)械和化學(xué)耐受性的支持，并為致冷劑微結(jié)構(gòu)提供保護(hù)，其本身也可能包含集成和封裝所需的額外功能。

中紅外光學(xué)器件的應(yīng)用

這條制造路線受到金屬浸潤技術(shù)的啟發(fā)，首先使用飛秒激光在熔融石英上刻劃三維圖案，然后用濕法化學(xué)蝕刻去除激光照射的區(qū)域。然后，在加壓惰性氣體的協(xié)助下，熔融的硫化物玻璃被滲透到襯底腔中。

根據(jù)該團(tuán)隊(duì)發(fā)表的論文，以這種方式生產(chǎn)的最小結(jié)構(gòu)的尺寸為30μm，但調(diào)整相關(guān)參數(shù)，如浸潤過程中使用的壓力或浸潤劑的粘度，應(yīng)該會使這些極限進(jìn)一步擴(kuò)大。同樣的過程也被用來證明潤濕性差的金屬（如銀和金）對玻璃模具的浸潤，這些模具的特征大小約為2μm。

在試驗(yàn)中，研究人員通過創(chuàng)建各種復(fù)雜的形狀，包括EPFL的標(biāo)志，使用致冷劑IR玻璃和硅玻璃基底，展示了這種新方法。他們還表明，在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院同事的幫助下，他們創(chuàng)造的一些結(jié)構(gòu)可以有效地用于引導(dǎo)從量子級聯(lián)激光器發(fā)出的中紅外光。一個(gè)目標(biāo)是將這種光學(xué)元件與中紅外范圍內(nèi)的光源一起使用，對適合在中紅外波長下使用的光學(xué)元件的研究進(jìn)展已經(jīng)有一段時(shí)間了，特別是由于在生物成像中的潛在用途以及在該范圍內(nèi)有光譜反應(yīng)的化學(xué)物種的數(shù)量。

Enrico Casamenti評論說：“例如，這些光學(xué)元件可用于光譜學(xué)和傳感應(yīng)用，或用于創(chuàng)建一個(gè)小到可以集成到智能手機(jī)中的紅外相機(jī)?！?/p>