超高圧及びフェムト秒レーザーによる希土類イオン含有ガラスのナノ構造制御と光機能

使用超高压和飞秒激光器的含稀土离子玻璃的纳米结构控制和光学功能

基本信息

批准号：
15760498
负责人：
邱建備
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Japan Advanced Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は二つの研究テーマについて研究を行った。(1)フェムト秒レーザー照射によりガラス三次元結晶化近年の通信、情報関連技術の発展に伴い、光情報の大容量化、高密度化がすさまじい進歩を遂げており、情報処理のデータ三次元化の要求も高まっている。本研究はフェムト秒照射することにより、酸化フッ化物ガラス中に希土類イオンを含有したフッ化物結晶を立体的に析出させることに成功した。結晶の部分だけがある特殊のレーザーを照射すると発光するが、照射されていない部分は発光しない。この実験の結果は三次元ディスプレイとしての可能性を示した。従来の二次元立体ディスプレイと異なり、可視光が三次元実画像として得られるため、特殊眼鏡も不要で、また、あらゆる方向から実像を観測できる点で、ホログラフィーやバーチャルリアリティー画像より優れている。これはアップコンバージョン特性をフルに発揮した優れたシステムであり、今後、医療分野における画像診断をはじめ幅広い展開が期待されている。(2)長残光ガラスの部分結晶化および高圧印加による構造制御材料が励起光を遮断後も発光し続ける現象は長残光現象といい、昔から放射性物質を使った材料が利用してきた。しかし環境汚染や人体に悪影響を与えるため、近年非常に長い残光性を持った希土類イオンを添加したセラミックス材料に置き換えられた。我々は、透明性を維持したまま、普通の残光ガラスより残光強度の高い残光寿命の長い、Mn^<2+>を添加したGeO_2-B_2O_3-ZnO系透明結晶化ガラスを開発した。本研究では、この系のガラスに対し、2軸方向高圧印加実験が光物性の変化は見られなかった。さらに、CO_2レーザーを用いて、この系のガラスに照射実験を行った。その結果、CO_2照射した部分だけ粒径約1μmのMn^<2+>:Zn_2GeO_4微結晶を析出させることにより、透明性を維持したまま、結晶体と同等な光性能をもつ材料を初めて見出した。照射していない部分では赤色発光を示すが、微結晶を析出した部分では緑色の発光が観測された。これを文字盤の夜光材料などに実用化できると考えられる。

今年，我们针对两个研究主题进行了研究。（1）飞秒激光照射玻璃三维晶化随着近年来通信和信息相关技术的发展，光信息容量和密度的提高取得了巨大进步，数据处理也日益三维化。需求也在增加。在这项研究中，我们利用飞秒辐照成功地在氟化物氧化物玻璃中三维析出含有稀土离子的氟化物晶体。当只有晶体部分受到特殊激光照射时，它会发光，但未照射的部分不会发光。该实验的结果显示了其作为三维显示器的潜力。与传统的二维立体显示不同，可见光获得的是三维实像，因此不需要特殊的眼镜，并且可以从任何方向观察实像，使其优于全息和虚拟现实图像。这是一个优秀的系统，充分展示了其上转换特性，有望在包括图像诊断在内的医疗领域得到广泛部署。 (2) 长余辉通过玻璃的部分结晶化和施加高压进行结构控制即使激发光被切断，材料仍继续发光的现象被称为长余辉现象，并且已被用于使用以下材料的材料：长期接触放射性物质。但由于环境污染和对人体的负面影响，近年来已被掺杂稀土离子的陶瓷材料所取代，这种陶瓷材料具有很长的余辉。我们开发了Mn^<2+>掺杂GeO_2-B_2O_3-ZnO基透明微晶玻璃，在保持透明度的同时，比普通余辉玻璃具有更高的余辉强度和更长的余辉寿命。在本研究中，在此类玻璃的双轴高压应用实验中没有观察到光学性能的变化。此外，我们利用CO_2激光器对这种玻璃进行了辐照实验。结果，通过仅在CO_2照射区域析出晶粒尺寸约为1μm的Mn^<2+>:Zn_2GeO_4微晶，他们首次发现了一种保持透明度并具有与晶体相当的光学性能的材料材料。。在未照射区域中观察到红光发射，但在沉积有微晶的区域中观察到绿光发射。据认为，这可以作为表盘的发光材料投入实际应用。