フェムト秒レーザーによる光誘起構造変化を利用した光機能性材料の設計と作製

利用飞秒激光器光致结构变化设计和制造光学功能材料

基本信息

批准号：
09F09056
负责人：
平尾一之
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的はガラス内部に可視領域で波長選択的に発光する三次元の微細構造を、結晶相の成長と元素分布を空間選択的に制御することによって作製することである。超短パルスレーザーを用いたマイクロメートルレベルでの微細な発光構造の作製に取り組んできた。微細な発光構造は光学への応用で非常に興味深いが、三次元の微細な発光構造の作製に成功した報告例はほとんどない。そこで我々は三次元の微細な多機能光源を作製するための効率的な戦略を提案した。結晶相の成長とドーパントの分布をフェムト秒レーザー照射によって同時に制御するというものである。一つの例として、二つのナノ結晶(Ga203, LaF3)を析出し得る新規なガラスを作製した。超短パルスレーザーの繰り返し周波数を250 kHzに調整し、ライン状の構造変化を誘起した。構造変化領域では、発光に寄与する元素の分布が変化すると同時にナノ結晶の析出も起こっていた。この結果は空間選択的な光学特性の制御を意味し、緑と青の多色の発光が微小領域で実現できた。これは三次元のマイクロエミッターに応用が期待できる。我々は同時にフェムト秒レーザーによって誘起される元素分布形成と結晶化のメカニズムについても研究を進めた。元素の分布は各元素の拡散係数で部分的に説明できる。これに基づいて、様々な種類の活性中心に対して適切なレーザー照射を行うことができ、例えば、ラインではなく一点一点照射することにより、青色の発光特性が改善されたリング状の構造を形成するのに成功した。関連した実験結果はJ.Am. Chem. Soc.に公表されている。またZhouはthe Best Paper Award in the 17th International Symposium on Non-oxide and New Optical Glassesを受賞した。

这项研究的目的是创建一个三维微观结构，该微观结构通过空间选择性地控制晶体相和元素分布的生长，在玻璃内的可见区域中散发波长。我们一直在使用超短脉冲激光器来制造微尺级的细发光结构。精细的发光结构在其光学应用中非常有趣，但是很少有关于在三个维度上成功制造精细发光结构的报道。因此，我们提出了一种有效的策略来创建3D精细的多功能光源。晶相的生长和掺杂剂的分布同时通过飞秒激光照射控制。例如，准备了一种能够沉淀两个纳米晶体（GA203，LAF3）的新型玻璃。将超短脉冲激光器的重复频率调节到250 kHz，从而导致线性结构变化。在结构变化区域，导致光发射的元件的分布发生了变化，纳米晶体也发生了降水。该结果意味着对光学性质的空间选择性控制，并且在小区域实现了多色的绿色和蓝色排放。可以预期将其应用于三维微型发射器。我们还研究了飞秒激光器引起的元素分布形成和结晶的机制。元素的分布可以部分通过每个元素的扩散系数来解释。基于此，可以在各种类型的活性中心上进行合适的激光照射，例如，通过一次而不是线进行照射点，它已成功形成成具有改善蓝色发光特性的环状结构。相关的实验结果已发表在J.Am。化学Soc。周还获得了第17届非氧化物和新光眼镜的国际研讨会上的最佳纸张奖。