在光学学科中，玻璃的使用几乎无处不在。玻璃科学的不断进步和研究中显现了多种玻璃成分和配方，涵盖了广泛的物理特性，例如透明光谱窗口、色散、线性和非线性折射率、表面耐刮擦性、脆性、化学稳定性等。针对红外波段来说，硫属化物玻璃凭借其出色的透射窗口、高折射率和非线性光学特性而被大量应用，但由于这种玻璃较差的机械性能和较低的化学和环境稳定性，生产硫属化物玻璃以及对其加工、集成和包装仍然是一个巨大的挑战。
为了解决这一问题，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员开发了一种全新的制造工艺，该工艺可以将红外玻璃嵌入到另一种玻璃（如二氧化硅）基底中，并以此形成复杂的3D形状，其加工尺寸可以达到微米级别，甚至更小，且可以用于创建任何互连的3D形状，其相关内容已发表于Optics Express中。
利用该工艺创建的各种硫属化物红外玻璃与熔融石英玻璃相结合的结构图
对于这种新型工艺，研究人员首先使用飞秒激光（聚焦光斑约为1 μm）对石英玻璃基板改性；其次利用湿法化学刻蚀在基板内创建一个任意形状的3D空腔；然后再将微型模具放置在玻璃坩埚中，并将硫属化物玻璃放置在顶部进行渗透，在此期间为了使红外玻璃顺利的进入模具，还需施加10MPa的静压压力；最后，在保持压力的同时冷却样品，通过抛光去除多余的硫属化物后，得到熔融石英中3D硫属化物微结构的最终产品。另外，红外玻璃材料还可以替换为金属、玻璃或任何熔点低于二氧化硅基材且不与二氧化硅玻璃反应的材料。
新型工艺流程示意图
该研究小组的负责人Bellouard表示：“我们的制造方法可以完美的保护红外玻璃，并为实现微型红外光子集成电路开辟了新途径。此外，由于熔融石英和硫属化物具有高折射率对比度，我们可以将这些材料制成红外波导，使其可以像光纤一样对光进行传输。”
他们还补充道，基于该工艺创建的一些结构可以有效地用于8 μm量子级联激光器中，未来他们将继续探索新工艺在组合不同玻璃方面的能力，并计划在光谱学和其他应用中测试复合材料器件。
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本文由光电汇王越编译，如需转载请注明。
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