硫系玻璃是由硫、碲和硒等多種硫元素組合而成，由于其廣泛的紅外傳輸窗口和潛在的非線性特性，是一種很有吸引力的光學材料。但它們往往還擁有較差的機械性能，以及較低的化學和環(huán)境穩(wěn)定性，而制造生瓷玻璃的三維微結構仍然是一個挑戰(zhàn)。

瑞士研究中心EPFL的一個項目現(xiàn)在已經開發(fā)出一種 ＂玻璃中的玻璃 ＂的制造方法，它可以為三維幾何形狀復雜的致冷劑－二氧化硅微玻璃復合材料提供一種途徑，適合用于紅外成像和傳感。該技術發(fā)表在《光學快報》上，它涉及到在熔融石英模具內創(chuàng)建成型的三維空腔，然后用致冷劑玻璃填充，形成與雕刻的石英模具結構形狀相匹配的結構。

該項目制作了EPFL的標志，以展示該方法如何被用來制作復雜的三維形狀。上圖為暗場照明，下圖為明場照明。資料來源：Yves Bellouard， EPFL

EPFL的Enrico Casamenti說：“我們的技術可以為一系列新的光學設備打開大門，它可以用來制造紅外光路和任意形狀的紅外微光學器件，而這在以前是不可能的，因為紅外玻璃的可制造性差?！?/p>

據(jù)EPFL稱，所涉及的兩種材料，即熔融石英和致冷劑，提供了一種高指數(shù)對比的組合。除了其特定的光學特性外，熔融石英可作為機械和化學耐受性的支持，并為致冷劑微結構提供保護，其本身也可能包含集成和封裝所需的額外功能。

中紅外光學器件的應用

這條制造路線受到金屬浸潤技術的啟發(fā)，首先使用飛秒激光在熔融石英上刻劃三維圖案，然后用濕法化學蝕刻去除激光照射的區(qū)域。然后，在加壓惰性氣體的協(xié)助下，熔融的硫化物玻璃被滲透到襯底腔中。

根據(jù)該團隊發(fā)表的論文，以這種方式生產的最小結構的尺寸為30μm，但調整相關參數(shù)，如浸潤過程中使用的壓力或浸潤劑的粘度，應該會使這些極限進一步擴大。同樣的過程也被用來證明潤濕性差的金屬（如銀和金）對玻璃模具的浸潤，這些模具的特征大小約為2μm。

在試驗中，研究人員通過創(chuàng)建各種復雜的形狀，包括EPFL的標志，使用致冷劑IR玻璃和硅玻璃基底，展示了這種新方法。他們還表明，在蘇黎世聯(lián)邦理工學院同事的幫助下，他們創(chuàng)造的一些結構可以有效地用于引導從量子級聯(lián)激光器發(fā)出的中紅外光。一個目標是將這種光學元件與中紅外范圍內的光源一起使用，對適合在中紅外波長下使用的光學元件的研究進展已經有一段時間了，特別是由于在生物成像中的潛在用途以及在該范圍內有光譜反應的化學物種的數(shù)量。

Enrico Casamenti評論說：“例如，這些光學元件可用于光譜學和傳感應用，或用于創(chuàng)建一個小到可以集成到智能手機中的紅外相機?！?/p>