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:
  • 金额:
    $ 1.34万
  • 依托单位:
  • 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。
这项研究的目的是在玻璃内部创建三维微结构,通过空间选择性地控制晶相的生长和元素分布,在可见光区域发射波长选择性的光。我们一直致力于使用超短脉冲激光器创建微米级的精细发光结构。精细发光结构对于光学应用来说非常有趣,但成功制造三维精细发光结构的报道很少。因此,我们提出了一种制造三维微观多功能光源的有效策略。通过飞秒激光照射同时控制晶相的生长和掺杂剂的分布。例如,我们创造了一种新玻璃,其中可以沉积两种纳米晶体(Ga2O3、LaF3)。超短脉冲激光的重复频率调整为250 kHz,以诱导线状结构变化。在结构变化区域,有助于发光的元素的分布发生变化,同时发生纳米晶体析出。这一结果意味着光学特性的空间选择性控制,并且可以在小区域内实现多色绿光和蓝光发射。这有望应用于三维微发射器。同时,我们还研究了飞秒激光诱导元素分布形成和结晶的机制。元素的分布可以通过每种元素的扩散系数来部分解释。基于此,可以对各种类型的活性中心进行适当的激光照射,例如通过逐点而不是直线照射,成功地形成了具有改善的蓝色发射特性的环形结构。相关实验结果发表在《J.Am. Soc.》上。周教授还荣获第十七届非氧化物及新型光学玻璃国际研讨会最佳论文奖。

项目成果

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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Tailoring the luminescence of glass-based hybrid materials via local environment control
通过局部环境控制定制玻璃基混合材料的发光
  • DOI:
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S.Zhou; K.Miura; Y.Shimotsuma; M.Sakakura; M.Nishi; K.Hirao; J.Qiu; S.Tanabe; N.Jiang
  • 通讯作者:
    N.Jiang
Simultaneous Tailoring of Phase Evolution and Dopant Distribution in the Glassy Phase for Controllable Luminescence
同时调整玻璃相中的相演化和掺杂剂分布以实现可控发光
  • DOI:
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S.Zhou; N.Jiang; K.Miura; S.Tanabe; M.Shimizu; M.Sakakura; Y.Shimotsuma; M.Nishi; J.Qiu; K.Hirao
  • 通讯作者:
    K.Hirao
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  • 通讯作者:
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