RU2640836C1 - Method of laser glass modifying - Google Patents
Method of laser glass modifying Download PDFInfo
- Publication number
- RU2640836C1 RU2640836C1 RU2016147389A RU2016147389A RU2640836C1 RU 2640836 C1 RU2640836 C1 RU 2640836C1 RU 2016147389 A RU2016147389 A RU 2016147389A RU 2016147389 A RU2016147389 A RU 2016147389A RU 2640836 C1 RU2640836 C1 RU 2640836C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- range
- information
- luminescence
- wavelength
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 239000000087 laser glass Substances 0.000 title claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 15
- -1 silver ions Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 239000005365 phosphate glass Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 42
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 4
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 abstract description 29
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 19
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 15
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical group [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 150000003378 silver Chemical class 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000006089 photosensitive glass Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Inorganic materials [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к способу модифицирования структуры стекла под действием лазерного пучка для формирования люминесцирующих микрообластей, обладающих двулучепреломлением, и может быть использовано для записи информации. Изобретение позволяет формировать с помощью фемтосекундного лазера в фосфатном стекле микрообласти размером 1-5 мкм, обладающие люминесценцией и двулучепреломлением. Полученный результат может быть использован для записи информации, где кодирование информации осуществляется одновременно в параметры люминесценции и параметры двулучепреломления сформированных областей.The invention relates to the field of optical material science, in particular to a method for modifying the structure of glass under the action of a laser beam to form luminescent microregions with birefringence, and can be used to record information. The invention allows to form using a femtosecond laser in phosphate glass microregions with a size of 1-5 microns, having luminescence and birefringence. The obtained result can be used to record information, where information is encoded simultaneously in the luminescence parameters and birefringence parameters of the formed regions.
Известен способ модифицирования стекла для записи информации [Патент US 4092139 Process for making colored photosensitive glass], заключающийся в том, что стекло, содержащее ионы серебра, фотосенсибилизатор, локально облучают через амплитудную маску ультрафиолетовым (УФ) излучением в течение 10-20 мин, а затем термообрабатывают при температуре выше температуры стеклования в течение 1-5 часов. При УФ-облучении происходит фотоионизация фотосенсибилизатора с образованием в стекле свободных электронов. Часть этих электронов захватывают ионы серебра с образованием нейтральных атомов серебра. При термообработке, в результате термической диффузии атомов серебра, происходит формирование наночастиц серебра, имеющих полосу поглощения в спектральном интервале 400-450 нм. В результате этого облученная область стекла приобретает окраску. Недостатком способа является большая продолжительность записи информации, необходимость использования стекла с фотосенсибилизатором и невозможность записи более одного бита информации в точку для реализации сверхплотного хранения информации.A known method of modifying glass for recording information [Patent US 4092139 Process for making colored photosensitive glass], which consists in the fact that glass containing silver ions, a photosensitizer, is locally irradiated through an amplitude mask with ultraviolet (UV) radiation for 10-20 minutes, and then heat treated at a temperature above the glass transition temperature for 1-5 hours. Under UV irradiation, photo-ionization of the photosensitizer occurs with the formation of free electrons in the glass. Some of these electrons are captured by silver ions with the formation of neutral silver atoms. During heat treatment, as a result of thermal diffusion of silver atoms, silver nanoparticles are formed having an absorption band in the spectral range of 400-450 nm. As a result, the irradiated region of the glass acquires a color. The disadvantage of this method is the long duration of recording information, the need to use glass with a photosensitizer, and the inability to record more than one bit of information at a point for implementing ultra-dense storage of information.
Известен способ модифицирования стекла для записи информации [R.E. de Lamaestre, Н. Bea, Н. Bernas, J. Belloni, J.L. Marigniez // Phys. Rev. B, 2007, V. 76, 205431], заключающийся в том, что стекло, содержащее ионы серебра, локально облучают через амплитудную маску гамма-излучением или энергичными ионами в течение 10-20 мин, а затем термообрабатывают при температуре выше температуры стеклования в течение 1-5 часов. При гамма-облучении происходит фотоионизация компонентов стекла с образованием в стекле свободных электронов. Часть этих электронов захватывают ионы серебра с образованием нейтральных атомов серебра. При термообработке, в результате термической диффузии атомов серебра, происходит формирование наночастиц серебра, имеющих полосу поглощения в спектральном интервале 400-450 нм. В результате этого облученная область стекла приобретает окраску. Недостатком способа является большая продолжительность записи информации, необходимость использования источника ионизирующего излучения либо ускорителя ионов и невозможность записи более одного бита информации в точк, для реализации сверхплотного хранения информации.A known method of modifying glass for recording information [R.E. de Lamaestre, N. Bea, N. Bernas, J. Belloni, J.L. Marigniez // Phys. Rev. B, 2007, V. 76, 205431], which consists in the fact that glass containing silver ions is locally irradiated through an amplitude mask with gamma radiation or energetic ions for 10-20 minutes, and then heat treated at a temperature above the glass transition temperature for 1-5 hours. During gamma irradiation, photoionization of glass components occurs with the formation of free electrons in the glass. Some of these electrons are captured by silver ions with the formation of neutral silver atoms. During heat treatment, as a result of thermal diffusion of silver atoms, silver nanoparticles are formed having an absorption band in the spectral range of 400-450 nm. As a result, the irradiated region of the glass acquires a color. The disadvantage of this method is the long duration of recording information, the need to use a source of ionizing radiation or an ion accelerator and the inability to record more than one bit of information at a point to implement superdense storage of information.
Известен способ модифицирования стекла для записи информации [А.И. Игнатьев и др. Влияние ультрафиолетового облучения и термообработки на люминесценцию молекулярных кластеров серебра в фото-термо-рефрактивных стеклах // Опт. и спектр. 2013. Т. 114, С. 838], заключающийся в том, что стекло, содержащее ионы серебра Agn m+, молекулярные ионы серебра Agn m+ (n=2-4) и фотосенсибилизатор - ионы церия Се3+, локально облучают через амплитудную маску УФ-излучением с длиной волны 305-310 нм в течение 10-20 мин. При УФ- облучении происходит фотоионизация фотосенсибилизатора с образованием в стекле свободных электронов. Часть этих электронов захватывают ионы и молекулярные ионы серебра с образованием нейтральных атомов Ag и нейтральных молекулярных кластеров Agn, обладающих интенсивной люминесценцией в видимой области спектра. Время облучения определяется тем, что при облучении в полосу поглощения ионов церия интенсивность УФ- излучения спадает по толщине образца экспоненциально. Поэтому для того, чтобы набрать необходимую дозу облучения по всей толщине образца в облучаемой зоне, необходимо продолжительное облучение. В результате этого облученная область стекла приобретает люминесцентные свойства при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 350-380 нм. Недостатком способа является большая продолжительность записи информации, необходимость использования стекла с фотосенсибилизатором и невозможность записи более одного бита информации в точку для реализации сверхплотного хранения информацииИзвестен способ модифицирования стекла для записи информации [Патент SU 1714675 А1. Носитель оптической записи], заключающийся в том, что на натриевоборатное стекло с примесью цинка или кадмия в количестве 0,1-5 мас.% воздействуют мощным УФ-излучением. При этом в облученных областях изменяются спектрально-люминесцентные характеристики, которые отвечают за процесс считывания информации. Недостатком способа является необходимость применения мощных источников УФ-излучения и невозможность записи более одного бита информации в точку для реализации сверхплотного хранения информации.A known method of modifying glass for recording information [A.I. Ignatiev et al. Influence of ultraviolet irradiation and heat treatment on the luminescence of molecular silver clusters in photo-thermo-refractive glasses // Opt. and spectrum. 2013. T. 114, S. 838], which consists in the fact that glass containing silver ions Ag n m + , molecular silver ions Ag n m + (n = 2-4) and a photosensitizer - cerium ions Ce 3+ are locally irradiated through amplitude mask with UV radiation with a wavelength of 305-310 nm for 10-20 minutes Under UV irradiation, photo-ionization of the photosensitizer occurs with the formation of free electrons in the glass. Some of these ions capture electrons and molecular silver ions to form neutral atoms and neutral molecular Ag clusters Ag n, having intense luminescence in the visible region of the spectrum. The irradiation time is determined by the fact that when irradiated into the absorption band of cerium ions, the UV radiation intensity decreases exponentially over the thickness of the sample. Therefore, in order to gain the necessary dose of radiation over the entire thickness of the sample in the irradiated zone, continuous irradiation is necessary. As a result of this, the irradiated region of the glass acquires luminescent properties upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 350-380 nm. The disadvantage of this method is the long duration of recording information, the need to use glass with a photosensitizer and the inability to record more than one bit of information at a point for implementing ultra-dense storage of information. A method of modifying glass for recording information is known [Patent SU 1714675 A1. Optical recording medium], which consists in the fact that sodium glass with an admixture of zinc or cadmium in the amount of 0.1-5 wt.% Is exposed to powerful UV radiation. Moreover, in the irradiated regions, the spectral and luminescent characteristics change, which are responsible for the process of reading information. The disadvantage of this method is the need to use powerful sources of UV radiation and the inability to record more than one bit of information at a point for the implementation of super-dense storage of information.
Известен способ модифицирования стекла для записи информации [Zhang, Jingyu, et al. Seemingly unlimited lifetime data storage in nanostructured glass // Physical review letters.112.3. 2014. 03390], заключающийся в том, что кварцевое стекло облучают сфокусированным пучком фемтосекундного лазера, что приводит к образованию периодических наноструктур, называемых «нанорешетками». Нанорешетки обладают анизотропными свойствами, их двулучепреломление зависит от параметров лазерного пучка. При прохождении через нанорешетку луч света разделяется на две взаимно ортогонально-поляризованных компоненты - обыкновенную и необыкновенную, между которыми возникает фазовый сдвиг, выражаемый в нм. Нанорешетка имеет «медленную» ось, т.е. направление, вдоль которого показатель преломления для необыкновенного луча максимален. В работах [Shimotsuma, Yasuhiko, et al. Self-organized nanogratings in glass irradiated by ultrashort light pulses // Physical review letters. 91.24. 2003. 247405, Beresna, Martynas, et al. Exciton mediated self-organization in glass driven by ultrashort light pulses // Applied Physics Letters. 101.5. 2012. 053120] отмечено, что ориентация «медленной» оси пита перпендикулярна плоскости поляризации пучка лазера, т.е. двулучепреломление поляризационно-зависимо. Также установлено, что фазовый сдвиг пита можно повысить путем увеличения количества или энергии лазерных импульсов. Таким образом, запись информации возможна в нескольких направлениях: «медленной» оси и уровнях фазового сдвига дополнительно к трем пространственным измерениям оптического носителя. Это позволяет закодировать в пите более одного бита информации (т.е. реализуется принцип многоуровневой памяти) и увеличить плотность записи информации оптического носителя пропорционально числу записанных бит. Недостатком способа является использование кварцевого стекла - его производство является более дорогостоящим и технически сложным по сравнению с производством многокомпонентных стекол фосфатной системы, так как синтез проводится при температурах более 2000°С при использовании специального дорогостоящего оборудования, а также в силу сложности механической обработки готового стекла: шлифовки и полировки. Также недостатком является возможность использования только двух параметров для кодирования информации - ориентации «медленной» оси и фазового сдвига, что ограничивает возможность многомерной сверхплотной записи информации.A known method of modifying glass for recording information [Zhang, Jingyu, et al. Seemingly unlimited lifetime data storage in nanostructured glass // Physical review letters. 112.3. 2014. 03390], which consists in the fact that quartz glass is irradiated with a focused beam of a femtosecond laser, which leads to the formation of periodic nanostructures, called "nanogrids". Nanolattices have anisotropic properties; their birefringence depends on the parameters of the laser beam. When passing through a nanogrid, the light beam is divided into two mutually orthogonal-polarized components - the ordinary and the extraordinary, between which a phase shift occurs, expressed in nm. The nanogrid has a “slow” axis, i.e. the direction along which the refractive index for the extraordinary ray is maximum. In [Shimotsuma, Yasuhiko, et al. Self-organized nanogratings in glass irradiated by ultrashort light pulses // Physical review letters. 91.24. 2003,247405, Beresna, Martynas, et al. Exciton mediated self-organization in glass driven by ultrashort light pulses // Applied Physics Letters. 101.5. 2012. 053120] it is noted that the orientation of the “slow” axis of the pit is perpendicular to the plane of polarization of the laser beam, ie birefringence is polarization dependent. It was also found that the phase shift of the pit can be increased by increasing the number or energy of laser pulses. Thus, information can be recorded in several directions: the “slow” axis and phase shift levels in addition to the three spatial dimensions of the optical medium. This allows you to encode more than one bit of information in a pita (i.e., the principle of multi-level memory is implemented) and increase the recording density of information on the optical medium in proportion to the number of recorded bits. The disadvantage of this method is the use of quartz glass - its production is more expensive and technically difficult compared to the production of multicomponent glasses of the phosphate system, since the synthesis is carried out at temperatures above 2000 ° C using special expensive equipment, and also due to the complexity of the mechanical processing of finished glass: grinding and polishing. Another drawback is the possibility of using only two parameters for encoding information - the orientation of the “slow” axis and phase shift, which limits the possibility of multidimensional superdense information recording.
Известен способ модифицирования стекла для записи информации [Патент RU 2543670 Способ записи оптической информации в стекле], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что силикатное стекло состава Na2O-ZnO-AlO3-SiO2-NaF-NaCl с добавкой Ag2O (0,24 мас.%) локально облучают сфокусированными фемтосекундными инфракрасными (ИК) лазерными импульсами с длиной волны 1 мкм, длительностью импульсов 200 фс, частотой повторения импульсов 300 кГц и средней мощностью 0,5-3 Вт. После этого облученная зона стекла приобретает люминесцентные свойства при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 350-380 нм. Недостатком способа является низкая плотность записи, которая обусловлена невозможностью записи более одного бита информации в точку.A known method of modifying glass for recording information [Patent RU 2543670 A method of recording optical information in glass], selected as a prototype, which consists in the fact that the silicate glass composition Na 2 O-ZnO-AlO 3 -SiO 2 -NaF-NaCl with the addition of Ag 2 O (0.24 wt.%) Is locally irradiated with focused femtosecond infrared (IR) laser pulses with a wavelength of 1 μm, a pulse duration of 200 fs, a pulse repetition rate of 300 kHz and an average power of 0.5-3 W. After that, the irradiated zone of the glass acquires luminescent properties upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 350-380 nm. The disadvantage of this method is the low recording density, which is due to the inability to record more than one bit of information at a point.
Серебро в стекле исходно содержится в виде ионов серебра Ag+, которые имеют чрезвычайно низкую интенсивность люминесценции. При локальном воздействии фемтосекундного ИК лазерного импульса на стекло происходит многофотонное поглощение излучения компонентами стекла и фотоионизация, приводящая к появлению свободных электронов в стекле. Электроны захватываются ионами серебра, переводя их в нейтральное состояние, а возникающая тепловая диффузия приводит к их агрегации в кластеры серебра. Кластеры серебра обладают интенсивной люминесценцией в видимой области спектра при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 350-380 нм. Также в результате облучения фосфатного стекла, содержащего ионы серебра, фемтосекундными лазерными импульсами, в облученных зонах проявляется эффект локального поляризационно-зависимого двулучепреломления, который выражается в наличии измеряемого значения фазового сдвига и зависимости ориентации «медленной» оси двулучепреломления от плоскости поляризации пучка лазера [Липатьев А.С., Шахгильдян Г.Ю. и др. Формирование люминесцирующих и двулучепреломляющих микрообластей в фосфатном стекле, содержащем серебро // Стекло и Керамика. 2016. №8. С. 3-9]. Для регистрации сигнала люминесценции используется флуоресцентный микроскоп с возбуждающим излучением в диапазоне 350-380 нм. Для регистрации фазового сдвига и ориентации «медленной» оси двулучепреломления используется система Abrio Microbirefringence [Патент US 7372567 В2. Retardance measurement system and method] на базе оптического поляризационного микроскопа Olympus ВХ61.Silver in the glass is initially contained in the form of Ag + silver ions, which have an extremely low luminescence intensity. When a femtosecond IR laser pulse is locally exposed to glass, multiphoton absorption of radiation by glass components and photoionization occurs, which leads to the appearance of free electrons in the glass. Electrons are captured by silver ions, converting them to a neutral state, and the resulting thermal diffusion leads to their aggregation into silver clusters. Silver clusters exhibit intense luminescence in the visible region of the spectrum when luminescence is excited by radiation with a wavelength of 350-380 nm. Also, as a result of irradiation of phosphate glass containing silver ions with femtosecond laser pulses, the effect of local polarization-dependent birefringence manifests itself in the irradiated zones, which is expressed in the presence of a measured value of the phase shift and the dependence of the orientation of the “slow” birefringence axis on the plane of polarization of the laser beam [Lipatiev A .S., Shahgildyan G.Yu. et al. Formation of luminescent and birefringent microregions in phosphate glass containing silver // Glass and Ceramics. 2016. No8. S. 3-9]. To register the luminescence signal, a fluorescence microscope with exciting radiation in the range 350-380 nm is used. To register the phase shift and the orientation of the "slow" birefringence axis, the Abrio Microbirefringence system is used [US Patent 7372567 B2. Retardance measurement system and method] based on an Olympus BX61 optical polarizing microscope.
Задачей настоящего изобретения является формирование в стекле микрообластей размером 1-5 мкм, обладающих одновременно и люминесценцией, и двулучепреломлением, для повышения плотности записи информации с использованием параметров люминесценции и двулучепреломления сформированных микрообластей.The objective of the present invention is the formation in glass of microregions 1-5 μm in size, having both luminescence and birefringence, to increase the recording density of information using the luminescence and birefringence parameters of the formed microregions.
Поставленная задача решается способом лазерного модифицирования стекла для записи информации, включающим локальное облучение стекла, содержащего ионы серебра, сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, при этом для облучения используют фосфатное стекло состава мол.% 1-3 Ag2O, 56-57 ZnO, 41-42 Р2О5, которое облучают линейно-поляризованным фемтосекундным лазерным пучком с энергией импульсов в пределах 30-200 нДж, длительностью в пределах 300-1200 фс, частотой следования в пределах 1-500 кГц, а для фокусировки лазерного пучка применяют объектив с числовой апертурой 0,4-0,9.The problem is solved by the method of laser glass modification for recording information, including local irradiation of glass containing silver ions with focused femtosecond laser pulses with a wavelength in the near infrared range, while phosphate glass of mol% 1-3 Ag 2 O is used for irradiation, ZnO 56-57, 41-42 P 2 O 5, which was irradiated with linearly polarized femtosecond laser beam with a pulse energy in the range 30-200 nJ, a duration in the range 300-1200 fs, a repetition frequency in the range of 1-500 kHz, and d To focus the laser beam, a lens with a numerical aperture of 0.4-0.9 is used.
В результате применения предлагаемого способа лазерного модифицирования стекла в объеме стекла формируются микрообласти диаметром 1-5 мкм с люминесцентными (при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 350-380 нм) и двулучепреломляющими свойствами, которые можно использовать для сверхплотной записи информации.As a result of the application of the proposed method for laser glass modification, microregions with a diameter of 1-5 μm are formed in the glass volume with luminescent (upon excitation of luminescence by radiation with a wavelength of 350-380 nm) and birefringent properties that can be used for superdense information recording.
Достижение заявляемого технического результата подтверждается следующими примерами.The achievement of the claimed technical result is confirmed by the following examples.
Пример 1: В стекле состава 1 Ag2O-57ZnO-42P2O5 сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны 1030 нм, энергией импульсов 200 нДж, длительностью импульсов 300 фс, с частотой повторения импульсов 1 кГц при линейной поляризации лазерного пучка, сфокусированного через объектив с числовой апертурой 0,4, формируются микрообласти диаметром 5 мкм (фигура 1), обладающие люминесценцией с максимумом на длине волны 520 нм (при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 350 нм) с уровнем люминесценции 48 отн. ед. (фигура 2), с уровнем фазового сдвига 40 нм (на фигуре не показано), ориентацией «медленной» оси 0 и 90° относительно первоначального направления поляризации лазерного излучения (на фигуре не показано). В одну сформированную микрообласть можно записать 4 бита информации, 1 бит из которых кодируется в уровне люминесценции, 1 бит - в уровне фазового сдвига и 2 бита в ориентации медленной оси двулучепреломления.Example 1: In a glass of
Пример 2: В стекле состава 1 Ag2O-57ZnO-42P2O5 сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны 1030 нм, энергией импульсов 30 нДж, длительностью импульсов 1200 фс, с частотой повторения импульсов 500 кГц при линейной поляризации лазерного пучка, сфокусированного через объектив с числовой апертурой 0,9, формируются микрообласти диаметром 1 мкм (фигура 3), обладающие люминесценцией с максимумом на длине волны 540 нм (при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 380 нм) с уровнем люминесценции 88 отн. ед. (фигура 4), с уровнем фазового сдвига 20 нм (на фигуре не показано), ориентацией «медленной» оси 45 и 135° относительно первоначального направления поляризации лазерного излучения (на фигуре не показано). В одну сформированную микрообласть можно записать 4 бита информации, 1 бит из которых кодируется в уровне люминесценции, 1 бит - в уровне фазового сдвига и 2 бита в ориентации медленной оси двулучепреломления.Example 2: In a glass of the
Пример 3: В стекле состава 3Ag2O-56ZnO-41P2O5 сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны 1030 нм, энергией импульсов 30 нДж, длительностью импульсов 1200 фс, с частотой повторения импульсов 500 кГц при линейной поляризации лазерного пучка, сфокусированного через объектив с числовой апертурой 0,9, формируются микрообласти диаметром 5 мкм (на фигуре не показано), обладающие люминесценцией с максимумом на длине волны 540 нм (при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 380 нм) с уровнем люминесценции 100 отн. ед. (на фигуре не показано), с уровнем фазового сдвига 25 нм (на фигуре не показано), ориентацией «медленной» оси 45 и 135° относительно первоначального направления поляризации лазерного излучения (на фигуре не показано). В одну сформированную микрообласть можно записать 4 бита информации, 1 бит из которых кодируется в уровне люминесценции, 1 бит - в уровне фазового сдвига и 2 бита в ориентации медленной оси двулучепреломления.Example 3: In a glass of 3Ag 2 O-56ZnO-41P 2 O 5 composition, focused femtosecond laser pulses with a wavelength of 1030 nm, a pulse energy of 30 nJ, a pulse duration of 1200 fs, and a pulse repetition rate of 500 kHz with a linearly polarized laser beam focused through a lens with a numerical aperture of 0.9, microregions with a diameter of 5 μm are formed (not shown in the figure) having luminescence with a maximum at a wavelength of 540 nm (when luminescence is excited by radiation with a wavelength of 380 nm) with a luminescence level of 100 rel. units (not shown in the figure), with a phase shift level of 25 nm (not shown in the figure), the orientation of the "slow" axis 45 and 135 ° relative to the initial direction of polarization of the laser radiation (not shown in the figure). In one formed microregion, 4 bits of information can be recorded, 1 bit of which is encoded at the luminescence level, 1 bit at the phase shift level and 2 bits in the orientation of the slow birefringence axis.
В отличие от прототипа в результате лазерного модифицирования стекла по предлагаемому способу формируются микрообласти не только с люминесцентными свойствами, но и с двулучепреломляющими свойствами (измеряемые значения фазового сдвига и зависимость ориентации «медленной» оси двулучепреломления от плоскости поляризации лазерного пучка). Параметры сформированных в стекле микрообластей (люминесценции, фазового сдвига и зависимости ориентации «медленной» оси двулучепреломления) можно одновременно использовать для сверхплотной записи информации с использованием параметров люминесценции и двулучепреломления сформированных микрообластей. Таким образом, в одну микрообласть можно записать 4 бита информации, 1 бит из которых кодируется в уровень люминесценции, 1 бит - в уровень фазового сдвига и 2 бита в ориентации медленной оси двулучепреломления.In contrast to the prototype, as a result of laser modification of glass according to the proposed method, microregions are formed not only with luminescent properties, but also with birefringent properties (measured values of the phase shift and the dependence of the orientation of the “slow” birefringence axis on the plane of polarization of the laser beam). The parameters of the microregions formed in the glass (luminescence, phase shift, and the orientation of the “slow” birefringence axis) can be simultaneously used for superdense recording of information using the luminescence and birefringence parameters of the formed microregions. Thus, 4 bits of information can be recorded in one microregion, 1 bit of which is encoded to the luminescence level, 1 bit to the phase shift level and 2 bits in the orientation of the slow birefringence axis.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016147389A RU2640836C1 (en) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Method of laser glass modifying |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016147389A RU2640836C1 (en) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Method of laser glass modifying |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2640836C1 true RU2640836C1 (en) | 2018-01-12 |
Family
ID=68235391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016147389A RU2640836C1 (en) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Method of laser glass modifying |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2640836C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707626C1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-11-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования - Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Glass laser modifying method |
| RU2783108C1 (en) * | 2021-12-17 | 2022-11-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method for laser modification of glass for recording information |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU579244A1 (en) * | 1976-06-14 | 1977-11-05 | Институт Кибернетики Ан Грузинской Сср | Opal photochromic glass |
| US5374291A (en) * | 1991-12-10 | 1994-12-20 | Director-General Of Agency Of Industrial Science And Technology | Method of processing photosensitive glass |
| JP2002068783A (en) * | 2000-08-31 | 2002-03-08 | Yuichi Watanabe | Method for forming light emitting center in glass |
| US6566626B2 (en) * | 2001-07-03 | 2003-05-20 | Laserglass Ltd. | Method and apparatus for generating color images in a transparent medium |
| RU2543670C1 (en) * | 2013-10-16 | 2015-03-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО) | Method of recording optical information in glass |
-
2016
- 2016-12-02 RU RU2016147389A patent/RU2640836C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU579244A1 (en) * | 1976-06-14 | 1977-11-05 | Институт Кибернетики Ан Грузинской Сср | Opal photochromic glass |
| US5374291A (en) * | 1991-12-10 | 1994-12-20 | Director-General Of Agency Of Industrial Science And Technology | Method of processing photosensitive glass |
| JP2002068783A (en) * | 2000-08-31 | 2002-03-08 | Yuichi Watanabe | Method for forming light emitting center in glass |
| US6566626B2 (en) * | 2001-07-03 | 2003-05-20 | Laserglass Ltd. | Method and apparatus for generating color images in a transparent medium |
| RU2543670C1 (en) * | 2013-10-16 | 2015-03-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО) | Method of recording optical information in glass |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707626C1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-11-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования - Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Glass laser modifying method |
| RU2783108C1 (en) * | 2021-12-17 | 2022-11-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method for laser modification of glass for recording information |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wei et al. | Recent advances in hybrid optical materials: integrating nanoparticles within a glass matrix | |
| Shimotsuma et al. | Three-dimensional micro-and nano-fabrication in transparent materials by femtosecond laser | |
| Royon et al. | Femtosecond laser induced photochemistry in materials tailored with photosensitive agents | |
| Qiu et al. | Femtosecond laser-induced microfeatures in glasses and their applications | |
| Yao et al. | Ultrafast laser direct writing nanogratings and their engineering in transparent materials | |
| Watanabe et al. | Photosensitivity in phosphate glass doped with Ag+ upon exposure to near-ultraviolet femtosecond laser pulses | |
| Qiu et al. | Memorized polarization-dependent light scattering in rare-earth-ion-doped glass | |
| Lu et al. | Fiber nanogratings induced by femtosecond pulse laser direct writing for in-line polarizer | |
| JP4804177B2 (en) | Optical element and manufacturing method thereof | |
| RU2640836C1 (en) | Method of laser glass modifying | |
| Lipat’Ev et al. | Formation of luminescent and birefringent microregions in phosphate glass containing silver | |
| Sun et al. | Low‐Power‐Consumption, Reversible 3D Optical Storage Based on Selectively Laser‐Induced Photoluminescence Degradation in CsPbBr3 Quantum Dots Doped Glass | |
| Beresna | Polarization engineering with ultrafast laser writing in transparent media | |
| Sun et al. | Femtosecond laser induced amorphization of quantum dots and application in three‐dimensional optical data storage | |
| RU2783108C1 (en) | Method for laser modification of glass for recording information | |
| RU2640603C1 (en) | Method of obtaining polarization converter | |
| RU2710387C1 (en) | Information recording method in quartz glass | |
| RU2713044C1 (en) | Optical information carrier based on oxide glasses | |
| Shimotsuma et al. | Photosensitivity in glasses | |
| RU2710389C1 (en) | Information recording method in nanoporous quartzic glass | |
| RU2707626C1 (en) | Glass laser modifying method | |
| Kulchin et al. | Photoimaging of the multiple filamentation of femtosecond laser pulses in poly (methyl methacrylate) doped with 2, 2-difluoro-4-(9-anthracyl)-6-methyl-1, 3, 2-dioxaborine | |
| Fujita et al. | Photoinduced valence changes of samarium ions inside a silica-based glass with near-infrared femtosecond-Laser pulses: materials for three-dimensional optical memory | |
| Lancry et al. | Porous nanogratings and related form birefringence in silicate and germanate glasses | |
| Ignat'ev et al. | Features of the photosensitivity of photothermorefractive laser nanoglass-ceramics doped with rare-earth ions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201203 |