新技术：可用来制造红外光路和任意形状的红外微光学器件

2022-04-14 11:12

硫系玻璃是由硫、碲和硒等多种硫元素组合而成，由于其广泛的红外传输窗口和潜在的非线性特性，是一种很有吸引力的光学材料。但它们往往还拥有较差的机械性能，以及较低的化学和环境稳定性，而制造生瓷玻璃的三维微结构仍然是一个挑战。

瑞士研究中心EPFL的一个项目现在已经开发出一种＂玻璃中的玻璃＂的制造方法，它可以为三维几何形状复杂的致冷剂－二氧化硅微玻璃复合材料提供一种途径，适合用于红外成像和传感。该技术发表在《光学快报》上，它涉及到在熔融石英模具内创建成型的三维空腔，然后用致冷剂玻璃填充，形成与雕刻的石英模具结构形状相匹配的结构。

该项目制作了EPFL的标志，以展示该方法如何被用来制作复杂的三维形状。上图为暗场照明，下图为明场照明。资料来源：Yves Bellouard， EPFL

EPFL的Enrico Casamenti说：“我们的技术可以为一系列新的光学设备打开大门，它可以用来制造红外光路和任意形状的红外微光学器件，而这在以前是不可能的，因为红外玻璃的可制造性差。”

据EPFL称，所涉及的两种材料，即熔融石英和致冷剂，提供了一种高指数对比的组合。除了其特定的光学特性外，熔融石英可作为机械和化学耐受性的支持，并为致冷剂微结构提供保护，其本身也可能包含集成和封装所需的额外功能。

中红外光学器件的应用

这条制造路线受到金属浸润技术的启发，首先使用飞秒激光在熔融石英上刻划三维图案，然后用湿法化学蚀刻去除激光照射的区域。然后，在加压惰性气体的协助下，熔融的硫化物玻璃被渗透到衬底腔中。

根据该团队发表的论文，以这种方式生产的最小结构的尺寸为30μm，但调整相关参数，如浸润过程中使用的压力或浸润剂的粘度，应该会使这些极限进一步扩大。同样的过程也被用来证明润湿性差的金属（如银和金）对玻璃模具的浸润，这些模具的特征大小约为2μm。

在试验中，研究人员通过创建各种复杂的形状，包括EPFL的标志，使用致冷剂IR玻璃和硅玻璃基底，展示了这种新方法。他们还表明，在苏黎世联邦理工学院同事的帮助下，他们创造的一些结构可以有效地用于引导从量子级联激光器发出的中红外光。一个目标是将这种光学元件与中红外范围内的光源一起使用，对适合在中红外波长下使用的光学元件的研究进展已经有一段时间了，特别是由于在生物成像中的潜在用途以及在该范围内有光谱反应的化学物种的数量。

Enrico Casamenti评论说：“例如，这些光学元件可用于光谱学和传感应用，或用于创建一个小到可以集成到智能手机中的红外相机。”