用于微型红外光学器件的玻璃中的玻璃制造

几个世纪以来，科学家和工匠们一直在结合不同种类的玻璃，以产生单一的纯玻璃无法达到的效果。这些工作大多是将两种性质不同的玻璃相互接触，从而创造出从镶有燧石的双峰透镜到精致的装饰性玻璃的各种产品。

近日，瑞士洛桑理工学院的研究人员开发出一种渗透过程，将硫系玻璃(一种众所周知难以处理的物质，它有一个宽的红外光传输窗口)推入硅玻璃的空腔。研究人员表示，这种制造过程可以使制作用于成像、传感和光谱学的微型红外光学设计变得更容易。

在过去的几十年里，硫系玻璃（含有硫、硒或碲的玻璃），在元素周期表上都与氧结合在一起，由于它们在红外区的高透射率，在光学上有许多应用。它们的高折射率和高非线性也使它们成为光子电路、可重写光存储和其他器件的首选器件。然而，这类玻璃易碎且比其他类型的玻璃更容易老化。而且一些硫族化合物对水分特别敏感，处理起来有毒。目前微米级及以下的中红外玻璃的自由制造尚未实现。

研究人员们最近研发的双玻璃制造工艺类似于瑞士洛桑理工学院（EPFL）团队在2021年设计的一种类似的自由形状金属微制造工艺。首先，该团队用飞秒镱光纤激光器轰击熔融二氧化硅衬底，然后将衬底浸泡在氢氧化钠溶液中几个小时，完成蚀刻。一旦二氧化硅从基板的激光照射区域中被去除，研究小组就将基板放入，并在降低气压的同时将内部慢慢加热到600°C。当玻璃仍然是热的时候，研究人员将氩气引入真空室内，直到内部压力达到10兆帕。压力迫使熔融硫族物质进入硅基板内的腔内。EPFL团队通过测试熔融玻璃的光谱传输和热应力，并使用一根硫族柱作为中红外波导，完成了实验。

该团队希望将该工艺的适用性扩大到一系列更有用的玻璃组合和尺寸尺度。研究人员预见到该工艺有许多的用途，特别是用于气体传感或中红外光谱的便携式仪器，以及需要小型红外光学的消费产品，如具有热成像能力的高端智能手机。

图：微渗过程示意图。