研究人員在項目中利用glass-in-glass工藝制作了EPFL標志，以展示該方法如何制作復雜的3D形狀。上圖展示了暗場照明，下圖為明場照明。
硫系玻璃以硫、碲和硒等硫系元素的各種組合為基礎，憑借其寬紅外透射窗口和潛在的非線性特性，成為一種極具吸引力的光學材料。
不過，它們的機械性能以及化學和環境穩定性通常較差，因此，制造硫系玻璃的3D微結構仍然存在挑戰。
據麥姆斯咨詢報道，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的一個研究項目開發出了一種被稱為“glass-in-glass”的制造方法，可以用于3D幾何復雜的硫系-二氧化硅微玻璃復合材料，以滿足紅外成像和傳感應用需求。
這項研究成果近期發表于Optics Express期刊，該制造方法通過在熔融二氧化硅模具內構建成型的3D空腔，然后填充硫系玻璃，從而創建與雕刻二氧化硅模具結構形狀匹配的結構。
EPFL研究人員Enrico Casamenti介紹說：“我們的制造方法有望為全新的光學元件打開大門，用于制造紅外光學電路和任意形狀的紅外微光學元件。由于紅外玻璃的可制造性較差，這在以前是無法實現的?！?br>
EPFL稱，熔融二氧化硅和硫系元素這兩種材料，提供了一種高折射率對比組合。除了其特定的光學特性，熔融二氧化硅還可以為硫系微結構提供耐化學性、機械支撐和保護，并且其本身可能還包含集成和封裝所需要的其他特性。
中紅外光學應用
受金屬滲透技術啟發，該制造方法首先使用飛秒激光將3D圖案刻入熔融二氧化硅，然后進行濕法化學蝕刻去除激光輻照區域。然后，在加壓惰性氣體的幫助下，將熔融的硫系玻璃滲透到基板腔體中。
研究論文顯示，用這種方法生產的最小結構尺寸為30微米，不過，通過調整相關參數（如滲透過程中使用的壓力或滲透劑的粘度），有望進一步突破尺寸限制。相同的工藝被證明也可以用于銀和金等潤濕性差的金屬，滲入到特征尺寸約為2微米的玻璃模具中。
微滲透工藝示意圖。（A）用飛秒激光在熔融二氧化硅基板上雕刻3D圖案。（B）蝕刻玻璃基板以去除激光輻照區域。（C）基板至于腔室中，頂部有待滲透的玻璃，將腔室排空，并將溫度升高至滲透劑的轉變溫度以上。（D）加壓惰性氣體進入腔室，在毛細管力的作用下將熔融玻璃推入基板中的空腔。（E）去除基板頂部剩余的玻璃滴后，獲得最終的glass-in-glass復合產品。
在試驗中，為了驗證這種新制造工藝，研究人員通過使用硫系紅外玻璃和硅玻璃基板構建各種復雜的形狀，例如EPFL徽標。在蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）同行的幫助下證明，他們構建的一些結構可以有效地用于引導量子級聯激光器發出的中紅外光。
滲透到熔融二氧化硅中的各種硫系3D結構的光學顯微照片
該項目的目標之一是將此類光學元件用于中紅外波段的光源。由于該波段在生物成像方面的潛在用途，以及在該波段具有光譜響應的化學物種的數量，中紅外波段光學元件一直是近階段的研究重點。
中紅外波導測試。（A）被測結構（長約3.5 mm，橫截面約50 μm x? 50 μm）經過精拋光用于測試的設置示意圖 。熱成像俯視圖（B）和側視圖（C），顯示被測樣品以及光束輸入和輸出。（D）多模波導輸出的準直光束強度剖面圖。
Enrico Casamenti評論道：“例如，這些光學元件可以用于光譜學和傳感應用，或者制造小到足以集成到智能手機中的紅外攝像頭?！?/p>
延伸閱讀：
《AR/VR/MR光學元件和顯示器-2020版》
