专利名称：紫外线激发下再现三维彩色发光图案的制备方法
技术领域：
本发明是关于紫外线激发下再现三维彩色发光图案的制备方法，主要是利用超短脉冲激光诱导透明材料内部结构变化，并在紫外线激发时再现成彩色三维发光图案的方法。
在先技术(1)在中国专利ZL97234928.6中，利用纳秒(10-9秒)级脉冲宽度的钇铝石榴石(YAG)激光束导致玻璃内部聚焦点上的炸裂，形成漫散射构成了无色立体图案。此图案是由炸裂点排列构成的。
在先技术(2)，中国专利申请00127613.1中，提供一种透明物体内部着色和立体彩色图案的形成方法，是选用脉冲宽度小于10皮秒的超短脉冲激光束，聚焦于多光子吸收在可见光区域内的光学玻璃，或掺杂有三价稀土离子的透明介质内部，由于焦点处特殊的多光子反应构成立体图案，在可见光下显示彩色的立体图案。
本发明的目的与在先技术不同，是提供一种用紫外线激发下再现三维彩色发光图案的制备方法，使写入透明介质内部的三维立体图案，无论在白天还是在黑暗中，只要用紫外光束照射这个含有立体图案的透明介质，就可以再现出彩色发光的立体图案。
本发明的紫外线激发下再现三维彩色发光图案的制备方法是利用飞秒脉冲激光诱导透明介质内部产生缺陷能级结构构成三维图案，用紫外线激发，显示三维彩色发光图案，具体的步骤是<1>选取透明介质是掺杂有活性介质稀土元素铕、或钐、或铒等；或者掺杂有过渡金属铁、或锰、或铬；或者掺杂有重金属元素金、或银的玻璃，或者选取透明介质是用气相沉积方法制成的石英玻璃。
<2>选用脉冲宽度为飞秒量级的飞秒脉冲激光束，它的单位面积内能量密度大于或等于上述透明介质的缺陷阈值。
<3>用计算机控制上述的飞秒脉冲激光束聚焦点按照设定的图案轨迹在上述透明介质内部进行移动扫描，完成图案的写入。
<4>用紫外光照射上述写有图案的透明介质，显示彩色发光图案。
本发明首先发现选择适当的透明材料，即上述的透明介质，在飞秒脉冲激光作用下，激光聚焦点的移动轨迹可形成材料的结构变异，当用紫外光照射此透明材料时，此结构变异区可产生特征性彩色发光。如果激光诱导的结构变异是立体的，则彩色发光图案是三维的。只要用紫外线照射，就能再现彩色发光图案。这种紫外线激发下含有图案的透明介质的发光保存在室温下是永远不变的。
本发明与在先技术(1)公开的利用纳秒(10-9秒)级脉冲宽度的YAG激光导致玻璃聚焦点炸裂(破坏)而形成的漫散射无色立体图案的发明方法(详见中国专利号ZL972349286)不同；也与在光技术(2)的超短脉冲激光致透明介质中由于结构变异区对可见光的吸收及反射所产生的三维彩色图案形成方法不同。本发明是先由激光诱导透明材料由原始结构变成新结构。这种结构变异在日光下有的是轮廓可见的，有的则是轮廓不可见的，然后，再用紫外光照射再现成彩色发光图案。因此更具有变幻特色，并特别适合于在黑暗环境观察欣赏这种彩色发光图案。经微结构分析，本发明是激光导致的结构变异区域为某种缺陷能级结构，在紫外光激发下，产生能级间跃迁复合而显示发光。
本发明的优点用本发明的方法将三维图案写进上述的透明介质中，无论是在白日或是在黑暗中，只要用紫外光照射就会再现彩色发光的三维图案，尤其在黑暗的场合时，更显示出此彩色发光图案的光彩夺目，更具有变幻特色。而且写进透明介质中的三维图案置于室温下是不改变的，无论在任何时候，用紫外光照射，均能再现彩色发光图案，永远不变。
图1是实施例1用飞秒激光束写入图案前后的石英玻璃以及在波长为250nm的紫外光照射下的发光特性。
图1中 1-为未写入图案的石英玻璃，2-为已写入图案的石英玻璃，3-为写入图案后并用波长为250nm的紫外光照射后显示出的绿色发光图案。
图2是实施例1用飞秒激光束写入图案的石英玻璃在波长为250nm的紫外光激发下的发光光谱。
实施例1用上述本发明的方法和具体步骤选用脉冲宽度150fs(fs=1×10-15秒以下同)、波长800nm、脉冲频率1KHZ、平均功率100mw的飞秒激光用10倍的透镜聚焦到用气相沉积方法(CVD)制备的石英玻璃内部。通过计算机控制三维平台在石英玻璃中按设定图案轨迹移动扫描，完成图案的写入。图1是在波长为250nm的紫外线照射下，上述石英玻璃的发光情形。可以清楚地看出，未写入图案1和写入图案但未被紫外光辐照2时，观察不到任何发光，而写入图案再被紫外光辐照后3观察到了清晰可辨的绿色发光。图2是激光写入图案的上述石英玻璃在250nm紫外线照射时产生的发光光谱。观察到的绿色发光主要是470nm和540nm附近发光的复合效果。紫外线照射下的发光在室温下保持永久不变。
实施例2用本发明的上述方法和具体步骤选用脉冲宽度100fs、波长400nm、脉冲频率200KHZ、平均功率500mw的飞秒激光束用20倍的透镜聚焦到选取化学组成为0.1SmF3、14.9YF3、10MgF2、20CaF2、10SrF2、10BaF2、35AlF3(mol％)的玻璃内部，按实施例1的方法写入一个立体图案。在250nm紫外线照射下，写入图案处产生不同于未写入区域的红色发光。紫外线照射下的发光在室温下保持永久不变。
实施例3用本发明的上述方法和具体步骤选用脉冲宽度50fs、波长1550nm、脉冲频率10Hz、平均功率10mw的飞秒激光束用f=100mm的透镜聚焦到选取化学组成为0.1EuF2、14.9YF3、10MgF2、20CaF2、10SrF2、10BaF2、35AlF3(mol％)的玻璃内部，按实施例1的方法写入一个图案，在250nm紫外线照射下，写入图案区产生红色发光而未写入区域产生兰色发光。紫外线照射下的发光在室温下保持永久不变。
实施例4用上述本发明的方法和具体步骤选用脉冲宽度120fs、波长775nm、脉冲频率1KHZ、平均功率100mw的飞秒激光束用5倍的透镜聚焦到掺杂了8wt％AgPO3的25KPO3、25Ba(PO3)2、50Al(PO3)3(wt％)的玻璃内部，按实施例1的方法写入一个立体图案，在250nm紫外线照射下，写入的隐形图案再现成橙色。紫外线照射下的发光在室温下保持永久不变。
权利要求
1．一种紫外线激发下再现三维彩色发光图案的制备方法，是利用激光将三维图案写入透明介质内部，其特征在于是利用飞秒脉冲激光诱导透明介质内部产生缺陷能级结构构成三维图案，用紫外光激发，显示三维彩色发光图案，具体的步骤是<1>选取透明介质是掺杂有活性介质稀土元素铕、或钐、或铒；或者掺杂有过渡金属铁、或锰、或铬；或者掺杂有重金属元素金、或银的玻璃或者选取透明介质是气相沉积方法制成的石英玻璃；<2>选用脉冲宽度为飞秒量级的飞秒脉冲激光束，它的单位面积内能量密度大于或等于上述透明介质的缺陷阈值；<3>用计算机控制上述的飞秒脉冲激光束聚焦点按照设定的图案轨迹在上述透明介质内部进行移动扫描，完成图案的写入；<4>用紫外光照射上述写有图案的透明介质，显示彩色发光图案。
全文摘要
一种紫外线激发下再现三维彩色发光图案的制备方法,是利用脉冲宽度为飞秒量级的能量密度大于或等于透明介质缺陷阈值的飞秒脉冲激光诱导透明介质内部产生缺陷能级结构构成三维图案,用紫外光激发,显示三维彩色发光图案。写入透明介质内部的三维图案,无论任何时候,只要用紫外光照射,就会再现彩色发光图案,在室温下永远不变。特别适合在黑暗环境中观赏这种彩色发光图案,具有变幻特色。
文档编号B44C5/00GK1304841SQ0110522
公开日2001年7月25日 申请日期2001年1月16日 优先权日2001年1月16日
发明者邱建荣 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所