雷射重構玻璃原子結構,實現折射率與發光調控

 

刊登日期:2026/5/13
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京都大學與關西學院大學、日本原子力研究開發機構合作,開發出利用雷射照射即可改變光纖、鏡片等使用之矽玻璃材料特定部位結構的技術。此項技術將能自由調整折射率或發光等光學特性,可望應用在次世代資通訊元件的新式製程開發等用途。
 
研究團隊透過大型輻射同步設施「SPring-8」進行高輝度X光繞射分析與機械學習分子動力學模擬之試驗,並就高壓處理與飛秒(fs)雷射照射後的矽玻璃結構變化進行比較,發現雷射照射後的矽玻璃內部的局部發生了2 GPa~4 GPa的應力,使相當於約1,000℃~1,400℃的高溫結構狀態被「凍結」於室溫中。
 
此外,在結構變化機制方面,高壓處理主要透過原子網絡的三維重排填補空隙,促使材料緻密化;而雷射照射則會暫時切斷矽與氧的鍵結,並重組為較小的環狀結構,形成不同類型的緻密化狀態。此外,過程中會高密度生成「非架橋氧(Non-Bridging Oxygen; NBO)缺陷」,此類缺陷能顯著改變光學特性,並產生強烈的紅色發光。
 
今後研究團隊將進一步探討不同玻璃組成與雷射條件下的結構與光學性質控制,以實現折射率與發光特性的精密控制。此項技術可望應用於可半永久保存資料的光學記憶體、多核心光纖以及光電融合元件等新型製造技術。

資料來源: https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00780118
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