[发明专利]一种用于信息三维光存储的稀土掺杂透明卤化物玻璃

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于信息三维光存储的稀土掺杂透明卤化物玻璃，具体涉及飞秒激光在透明介质中写读的三维光存储材料，属于信息技术领域。

技术背景

飞秒激光由于脉宽很窄，能在物质吸收激光能量，并最终以热能的形式传递给晶格的特征时间内，将能量注入材料中具有高度空间选择的区域，实现热的影响很少的纳秒和皮秒激光难以实现的材料超精细加工。同时，即使材料本身在激光波长处不存在本征吸收，由于聚焦飞秒激光的焦点附近具有超高电场强度(～10¹⁰V/cm)，也会因激光而诱导多光子吸收、多光子离子化等非线性反应。因此，通过飞秒激光可以实现空间高度选择性的微结构改性，并赋予材料独特的光功能。上世纪九十年代，日本的三浦清贵等通过飞秒激光改变透明介质的微纳结构来实现三维光存储，特别是利用超短脉冲激光改变玻璃中稀土离子价态变化的研究成果，让人们看到了三维光存储器件化的曙光。(A.Toriumi，S.Kawata，Reflection confocal microscope readout system for three-dimensional photochromicoptical data storage.Opt Lett，23(1998)1924.)浙江大学的邱建荣教授发表的有关利用飞秒激光实现含金离子玻璃的实现，可擦写三维光存储的研究结果。(J.Qiu，X.Jiang，C.Zhu，et al.，Manipulation of gold nanoparticles inside transparent materials，Angew，Chem.Int.Ed.43(2004)2234.)

由于理论上、技术上可行度较高的缘故，利用飞秒激光改变透明介质实现三维光存储的研究主要集中在改变稀土离子价态的研究上。在Qiu等研究中发现，稀土离子并不是在所有的玻璃中都能实现价态变化，它与玻璃的组成有着很大的关系，即玻璃的光学碱度与稀土离子周围玻璃组分的极化率，对稀土离子价态变化有着支配性的影响(J.Qiu，M.shirai，T.Nakaya，et al.，Space-selective precipation of silver nanoparticles inside glasses，Appl.Phys.Lett.81(2002)3040.)。要使利用飞秒激光改变玻璃中稀土离子价态实现三维光存储实用化，就必须降低离子价态变化的能量阈值，而这取决于玻璃材料的本身。在选择对稀土离子有还原性的玻璃体系往往其化学稳定性，机械强度等都相对较弱，因此，单一相的还原性强的玻璃系统也不能成为器件化的基础材料。而对于一般对稀土离子没有还原性的玻璃体系，玻璃的稳定性和机械强度较好，但玻璃基质中稀土离子价态能量变化阈值通常较高，也不利于用飞秒激光改变玻璃中稀土离子价态实现三维光存储的具体实现。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有三维光存储材料飞秒激光作用下对稀土离子非强还原性的玻璃体系中稀土离子价态转变能量阈值较高的缺点，提供一种具有优良的稳定性能和机械强度，又能使稀土离子价态容易改变的稀土掺杂的透明卤化物玻璃。

发明构思：当飞秒激光作用到玻璃中时，与稀土离子配位的O、F离子相比，Cl、Br更容易给出电子，而与稀土间产生电子授受，使稀土离子还原，从而降低基于离子价态变化的光存储阈值。本发明旨在提供一种新型的玻璃材料，该材料通过在化学稳定性好、机械强度高的玻璃中引入卤化物(Cl、Br)相，经飞秒激光聚光照射后，使局部区域发生相变，并使稀土离子选择性地进入到析出相(引入的第二相为主成分)中，从而降低稀土离子价态变化的能量阈值，得到既具有优良的稳定性能和机械强度，又能使稀土离子价态容易改变的基质材料，本发明的成果对于三维光存储的实际应用具有非常重要意义。

本发明通过下列技术方案实现：一种用于信息三维光存储的稀土掺杂透明卤化物玻璃，其特征在于由下列摩尔百分比的组分组成：

AlF₃     25～40mol％

MF₂      5～63mol％

MX₂      1～15mol％

YF₃      10～20mol％

ReF₃     0.1～1mol％