專利名稱：紫外線激發(fā)下再現(xiàn)三維彩色發(fā)光圖案的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于紫外線激發(fā)下再現(xiàn)三維彩色發(fā)光圖案的制備方法，主要是利用超短脈沖激光誘導透明材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，并在紫外線激發(fā)時再現(xiàn)成彩色三維發(fā)光圖案的方法。
在先技術(shù)(1)在中國專利ZL97234928.6中，利用納秒(10-9秒)級脈沖寬度的釔鋁石榴石(YAG)激光束導致玻璃內(nèi)部聚焦點上的炸裂，形成漫散射構(gòu)成了無色立體圖案。此圖案是由炸裂點排列構(gòu)成的。
在先技術(shù)(2)，中國專利申請00127613.1中，提供一種透明物體內(nèi)部著色和立體彩色圖案的形成方法，是選用脈沖寬度小于10皮秒的超短脈沖激光束，聚焦于多光子吸收在可見光區(qū)域內(nèi)的光學玻璃，或摻雜有三價稀土離子的透明介質(zhì)內(nèi)部，由于焦點處特殊的多光子反應構(gòu)成立體圖案，在可見光下顯示彩色的立體圖案。
本發(fā)明的目的與在先技術(shù)不同，是提供一種用紫外線激發(fā)下再現(xiàn)三維彩色發(fā)光圖案的制備方法，使寫入透明介質(zhì)內(nèi)部的三維立體圖案，無論在白天還是在黑暗中，只要用紫外光束照射這個含有立體圖案的透明介質(zhì)，就可以再現(xiàn)出彩色發(fā)光的立體圖案。
本發(fā)明的紫外線激發(fā)下再現(xiàn)三維彩色發(fā)光圖案的制備方法是利用飛秒脈沖激光誘導透明介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生缺陷能級結(jié)構(gòu)構(gòu)成三維圖案，用紫外線激發(fā)，顯示三維彩色發(fā)光圖案，具體的步驟是<1>選取透明介質(zhì)是摻雜有活性介質(zhì)稀土元素銪、或釤、或鉺等；或者摻雜有過渡金屬鐵、或錳、或鉻；或者摻雜有重金屬元素金、或銀的玻璃，或者選取透明介質(zhì)是用氣相沉積方法制成的石英玻璃。
<2>選用脈沖寬度為飛秒量級的飛秒脈沖激光束，它的單位面積內(nèi)能量密度大于或等于上述透明介質(zhì)的缺陷閾值。
<3>用計算機控制上述的飛秒脈沖激光束聚焦點按照設(shè)定的圖案軌跡在上述透明介質(zhì)內(nèi)部進行移動掃描，完成圖案的寫入。
<4>用紫外光照射上述寫有圖案的透明介質(zhì)，顯示彩色發(fā)光圖案。
本發(fā)明首先發(fā)現(xiàn)選擇適當?shù)耐该鞑牧希瓷鲜龅耐该鹘橘|(zhì)，在飛秒脈沖激光作用下，激光聚焦點的移動軌跡可形成材料的結(jié)構(gòu)變異，當用紫外光照射此透明材料時，此結(jié)構(gòu)變異區(qū)可產(chǎn)生特征性彩色發(fā)光。如果激光誘導的結(jié)構(gòu)變異是立體的，則彩色發(fā)光圖案是三維的。只要用紫外線照射，就能再現(xiàn)彩色發(fā)光圖案。這種紫外線激發(fā)下含有圖案的透明介質(zhì)的發(fā)光保存在室溫下是永遠不變的。
本發(fā)明與在先技術(shù)(1)公開的利用納秒(10-9秒)級脈沖寬度的YAG激光導致玻璃聚焦點炸裂(破壞)而形成的漫散射無色立體圖案的發(fā)明方法(詳見中國專利號ZL972349286)不同；也與在光技術(shù)(2)的超短脈沖激光致透明介質(zhì)中由于結(jié)構(gòu)變異區(qū)對可見光的吸收及反射所產(chǎn)生的三維彩色圖案形成方法不同。本發(fā)明是先由激光誘導透明材料由原始結(jié)構(gòu)變成新結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)變異在日光下有的是輪廓可見的，有的則是輪廓不可見的，然后，再用紫外光照射再現(xiàn)成彩色發(fā)光圖案。因此更具有變幻特色，并特別適合于在黑暗環(huán)境觀察欣賞這種彩色發(fā)光圖案。經(jīng)微結(jié)構(gòu)分析，本發(fā)明是激光導致的結(jié)構(gòu)變異區(qū)域為某種缺陷能級結(jié)構(gòu)，在紫外光激發(fā)下，產(chǎn)生能級間躍遷復合而顯示發(fā)光。
本發(fā)明的優(yōu)點用本發(fā)明的方法將三維圖案寫進上述的透明介質(zhì)中，無論是在白日或是在黑暗中，只要用紫外光照射就會再現(xiàn)彩色發(fā)光的三維圖案，尤其在黑暗的場合時，更顯示出此彩色發(fā)光圖案的光彩奪目，更具有變幻特色。而且寫進透明介質(zhì)中的三維圖案置于室溫下是不改變的，無論在任何時候，用紫外光照射，均能再現(xiàn)彩色發(fā)光圖案，永遠不變。


圖1是實施例1用飛秒激光束寫入圖案前后的石英玻璃以及在波長為250nm的紫外光照射下的發(fā)光特性。
圖1中 1-為未寫入圖案的石英玻璃，2-為已寫入圖案的石英玻璃，3-為寫入圖案后并用波長為250nm的紫外光照射后顯示出的綠色發(fā)光圖案。
圖2是實施例1用飛秒激光束寫入圖案的石英玻璃在波長為250nm的紫外光激發(fā)下的發(fā)光光譜。
實施例1用上述本發(fā)明的方法和具體步驟選用脈沖寬度150fs(fs=1×10-15秒以下同)、波長800nm、脈沖頻率1KHZ、平均功率100mw的飛秒激光用10倍的透鏡聚焦到用氣相沉積方法(CVD)制備的石英玻璃內(nèi)部。通過計算機控制三維平臺在石英玻璃中按設(shè)定圖案軌跡移動掃描，完成圖案的寫入。圖1是在波長為250nm的紫外線照射下，上述石英玻璃的發(fā)光情形?？梢郧宄乜闯?，未寫入圖案1和寫入圖案但未被紫外光輻照2時，觀察不到任何發(fā)光，而寫入圖案再被紫外光輻照后3觀察到了清晰可辨的綠色發(fā)光。圖2是激光寫入圖案的上述石英玻璃在250nm紫外線照射時產(chǎn)生的發(fā)光光譜。觀察到的綠色發(fā)光主要是470nm和540nm附近發(fā)光的復合效果。紫外線照射下的發(fā)光在室溫下保持永久不變。
實施例2用本發(fā)明的上述方法和具體步驟選用脈沖寬度100fs、波長400nm、脈沖頻率200KHZ、平均功率500mw的飛秒激光束用20倍的透鏡聚焦到選取化學組成為0.1SmF3、14.9YF3、10MgF2、20CaF2、10SrF2、10BaF2、35AlF3(mol％)的玻璃內(nèi)部，按實施例1的方法寫入一個立體圖案。在250nm紫外線照射下，寫入圖案處產(chǎn)生不同于未寫入?yún)^(qū)域的紅色發(fā)光。紫外線照射下的發(fā)光在室溫下保持永久不變。
實施例3用本發(fā)明的上述方法和具體步驟選用脈沖寬度50fs、波長1550nm、脈沖頻率10Hz、平均功率10mw的飛秒激光束用f=100mm的透鏡聚焦到選取化學組成為0.1EuF2、14.9YF3、10MgF2、20CaF2、10SrF2、10BaF2、35AlF3(mol％)的玻璃內(nèi)部，按實施例1的方法寫入一個圖案，在250nm紫外線照射下，寫入圖案區(qū)產(chǎn)生紅色發(fā)光而未寫入?yún)^(qū)域產(chǎn)生蘭色發(fā)光。紫外線照射下的發(fā)光在室溫下保持永久不變。
實施例4用上述本發(fā)明的方法和具體步驟選用脈沖寬度120fs、波長775nm、脈沖頻率1KHZ、平均功率100mw的飛秒激光束用5倍的透鏡聚焦到摻雜了8wt％AgPO3的25KPO3、25Ba(PO3)2、50Al(PO3)3(wt％)的玻璃內(nèi)部，按實施例1的方法寫入一個立體圖案，在250nm紫外線照射下，寫入的隱形圖案再現(xiàn)成橙色。紫外線照射下的發(fā)光在室溫下保持永久不變。
權(quán)利要求
1．一種紫外線激發(fā)下再現(xiàn)三維彩色發(fā)光圖案的制備方法，是利用激光將三維圖案寫入透明介質(zhì)內(nèi)部，其特征在于是利用飛秒脈沖激光誘導透明介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生缺陷能級結(jié)構(gòu)構(gòu)成三維圖案，用紫外光激發(fā)，顯示三維彩色發(fā)光圖案，具體的步驟是<1>選取透明介質(zhì)是摻雜有活性介質(zhì)稀土元素銪、或釤、或鉺；或者摻雜有過渡金屬鐵、或錳、或鉻；或者摻雜有重金屬元素金、或銀的玻璃或者選取透明介質(zhì)是氣相沉積方法制成的石英玻璃；<2>選用脈沖寬度為飛秒量級的飛秒脈沖激光束，它的單位面積內(nèi)能量密度大于或等于上述透明介質(zhì)的缺陷閾值；<3>用計算機控制上述的飛秒脈沖激光束聚焦點按照設(shè)定的圖案軌跡在上述透明介質(zhì)內(nèi)部進行移動掃描，完成圖案的寫入；<4>用紫外光照射上述寫有圖案的透明介質(zhì)，顯示彩色發(fā)光圖案。
全文摘要
一種紫外線激發(fā)下再現(xiàn)三維彩色發(fā)光圖案的制備方法,是利用脈沖寬度為飛秒量級的能量密度大于或等于透明介質(zhì)缺陷閾值的飛秒脈沖激光誘導透明介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生缺陷能級結(jié)構(gòu)構(gòu)成三維圖案,用紫外光激發(fā),顯示三維彩色發(fā)光圖案。寫入透明介質(zhì)內(nèi)部的三維圖案,無論任何時候,只要用紫外光照射,就會再現(xiàn)彩色發(fā)光圖案,在室溫下永遠不變。特別適合在黑暗環(huán)境中觀賞這種彩色發(fā)光圖案,具有變幻特色。
文檔編號B44C5/00GK1304841SQ0110522
公開日2001年7月25日 申請日期2001年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月16日
發(fā)明者邱建榮 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所