微結(jié)構(gòu)光纖

微結(jié)構(gòu)光纖作為一種新型光纖,有許多獨特特性,在光纖激光器和放大器應(yīng)用中也有與眾不同的優(yōu)勢。

微結(jié)構(gòu)光纖可獲得非常大的模場面積,可以根據(jù)需要靈活地設(shè)計光纖模場面積。例如多孔微結(jié)構(gòu)光纖可通過改變孔間距調(diào)節(jié)有效模場面積,調(diào)節(jié)范圍可到800。瓣形微結(jié)構(gòu)光纖可通過光纖瓣數(shù)、折射率差、折射率系數(shù)、內(nèi)外半徑來調(diào)節(jié)有效模場面積,調(diào)節(jié)范圍可達(dá)900。具有大模場面積的光纖可降低功率密度和非線性效應(yīng),并提高連續(xù)波和脈沖激光器系統(tǒng)的標(biāo)定功率,這對開發(fā)光纖激光器和放大器非常有利,即能經(jīng)受更高的功率,又不會達(dá)到使器件損傷的功率密度。大芯徑光纖還可調(diào)節(jié)波導(dǎo)色散,使單模截止移到更短的波長,并擴(kuò)大有用的傳輸光譜。

對于光子晶體光纖而言,其一個重要特點是其可以靈活控制的色散特性。就光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)特征來說,它對波導(dǎo)色散有較高的控制性。常規(guī)光纖是在石英玻璃中摻雜而在截面內(nèi)形成一定的折射率分布制成的,由于材料不匹配會造成光纖損耗,因此纖芯和包層的折射率差不能過大.光子晶體光纖由單一材料(純二氧化硅)構(gòu)成,它不存在常規(guī)光纖的材料不匹配現(xiàn)象。通過合理調(diào)節(jié)空氣孔的尺寸和間距,可以獲得較大的折射率差,從而更有效的控制波導(dǎo)色散。因此,通過設(shè)法改進(jìn)PCF的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)就可以實現(xiàn)各種期望的色散特性。光子晶體光纖的一個重要特點是零色散點可以向短波長大大推進(jìn)。傳統(tǒng)常規(guī)單模光纖的零色散點通常在1310nm處。而通過合理的調(diào)節(jié)PCF的氣孔大小和間距,可以將零色散點移至800nm左右。零色散點向短波長移動,使得PCF能夠在波長低于1.3μm獲得反常色散(正色散),這是傳統(tǒng)階躍光纖無法做到的,該反常色散特性第一次為短波光孤子傳輸提供了可能。另外,通過適當(dāng)設(shè)計空氣孔的參數(shù),可以在極寬的波段范圍內(nèi)具有平坦色散瓣形微結(jié)構(gòu)光纖中,色散特性也可以靈活調(diào)節(jié)。基于微結(jié)構(gòu)瓣形微結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)的特殊性,它是由高折射率介質(zhì)n,作纖芯,高低折射率介質(zhì)(n、,n2)在角向周期性交錯排列作包層,形成一種花瓣形結(jié)構(gòu)。其包層的折射率分布可以等效成梯度折射率分布。通過改變nl,瓣數(shù)N,相對折射率差,折射率系數(shù)Y,內(nèi)半徑a和外半徑b,得到不同的色散曲線。K.S.Chiang等人就通過設(shè)置合理的光纖參數(shù),使得瓣形微結(jié)構(gòu)光纖在全波段單模,單模直徑達(dá)到34μm,并且基模的色散損耗始終小于10dB/m。

表面等離子體波共振技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代,起初只是棱鏡表面的等離子體波共振,1993年等人Jorgenson[96一98J等人提出了兩種基于光纖的表面等離子體(SPR)傳感裝置,使得光纖表面等離子體傳感技術(shù)得以實際應(yīng)用。隨著近幾年微結(jié)構(gòu)光纖研究的不斷深入,2004年以后表面等離子體技術(shù)被使用到微結(jié)構(gòu)光纖中。

對于光纖表面等離子體增強(qiáng)應(yīng)用來說,最困難的是光纖的模式與金屬膜之間的模式匹配,傳統(tǒng)光纖通過光纖的高階模與金屬膜實現(xiàn)模式匹配,為了讓高階模更好的禍合入金屬膜,光纖包層被剝?nèi)?或者在光纖包層處刻上一層光柵。微結(jié)構(gòu)光纖與傳統(tǒng)光纖不同之處是微結(jié)構(gòu)光纖的模式折射率可以用中心的小孔或者瓣形結(jié)構(gòu)來降低,當(dāng)兩者匹配時,傳播光與金屬膜之間的禍合也可以通過合理設(shè)計鍍膜位置來完成,極大地提高了禍合效率,并且由于微結(jié)構(gòu)光纖纖芯很粗,在表面等離子體傳感應(yīng)用具有獨特的優(yōu)勢。

微結(jié)構(gòu)光纖在傳感器方面有很多應(yīng)用,由于瓣形微結(jié)構(gòu)光纖是很新的一種光纖,目前還沒有人報道在傳感方面的應(yīng)用,故此處只介紹多孔微結(jié)構(gòu)光纖在傳感中的常見的幾個應(yīng)用。

(1)多孔微結(jié)構(gòu)光纖彎曲傳感器:

一方面,當(dāng)光纖受到彎曲作用時,彎曲損耗迅速增加,由透射光光強(qiáng)的變化可以測試出光纖的彎曲半徑。丹麥的Knudsen、Erik等人使用此方法進(jìn)行彎曲損耗的測試。另一方面,對于雙芯或多芯的多孔微結(jié)構(gòu)光纖,當(dāng)它受到彎曲作用時,不同纖芯的光會產(chǎn)生光程差,從而導(dǎo)致干涉,通過測量干涉光就能夠得到彎曲半徑的大小。英國的w.N.MaePherson、M.J.oander等人就利用此方法實現(xiàn)了雙芯光纖彎曲度的測量,其彎曲分辨率為170 urad,相位分辨率為22urad。這種光纖中的兩個纖芯處于同一測量環(huán)境,抗溫度影響能力較強(qiáng),應(yīng)用方便靈活,但對光纖本身結(jié)構(gòu)要求較高。

(2)多孔微結(jié)構(gòu)光纖拉伸傳感器:

一方面,多孔微結(jié)構(gòu)光纖在拉力作用下,光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)會發(fā)生變化,色散特性也會隨之變化,通過測量色散的變化情況就能夠得到其長度的變化情況。另一方面,在傳統(tǒng)光纖中,引入一個參考臂,當(dāng)拉力作用于光纖時,便會和參考臂之間產(chǎn)生一個光程差,在匯合處發(fā)生干涉。通過測量干涉,便能得到拉伸長度。這種方法的相位靈敏度可達(dá)90radkm。多孔微結(jié)構(gòu)光纖也可使用這種方法,相對與傳統(tǒng)光纖,微結(jié)構(gòu)光纖更容易在形變過程中保持單模,從而更好的滿足干涉條件

(3)多孔微結(jié)構(gòu)光纖氣體或液體傳感器:

在空氣孔中沖入氣體時,微結(jié)構(gòu)光纖中傳輸?shù)墓鈴?qiáng)度會發(fā)生變化,通過測量輸出光強(qiáng)的變化就能夠測出光纖中充入的氣體種類。香港理工大學(xué)的YL.Hoo和W.Jin等人利用這種方法測試了光纖中的氣體。當(dāng)空氣孔中充入包含某種介質(zhì)的液體時,光纖出射端的光譜會發(fā)生改變,通過與不含介質(zhì)的液體所得到的光譜作對比,可以得到包含的介質(zhì)種類和濃度。這種方法可以用于液體污染和生物分子檢測當(dāng)中。

(4)多孔微結(jié)構(gòu)光纖超連續(xù)譜應(yīng)用:

1999年Ranka等人采用PcF產(chǎn)生了超連續(xù)光譜,并研究了PcF中產(chǎn)生超連續(xù)光譜的機(jī)理,大多數(shù)觀點把PCF中超連續(xù)光譜的產(chǎn)生歸功于自相位調(diào)制(SPM)和四波混頻(FWM)。當(dāng)強(qiáng)激光脈沖與非線性介質(zhì)發(fā)生作用時,各種不同頻率相互作用就產(chǎn)生了新頻率的激光,這種相互作用越強(qiáng),產(chǎn)生的頻譜展寬越寬,從而生成一定波長范圍的寬帶光譜。超連續(xù)光譜的寬度由非線性介質(zhì)的色散和輸入激光脈沖的強(qiáng)度決定。為了產(chǎn)生較寬的超連續(xù)光譜,通常將非線性光纖的負(fù)色散設(shè)計在注入脈沖波長處。

(5)多孔微結(jié)構(gòu)光纖光柵傳感器:

1999年B.J.Eggleton等人首次報道在光子晶體光纖上寫入光纖布喇格光柵和長周期光纖光柵以來,光子晶體光纖光柵的制備方法及理論分析正成為人們研究的熱點。與傳統(tǒng)的光纖光柵相比,PCFG具有如下特性:二維或多維光子晶體、設(shè)計自由度大(如單芯或多芯、空氣孔可填充介質(zhì)等)、波長調(diào)諧范圍寬(可達(dá)IO0nm以上)、可進(jìn)行多參量、多功能感測等。PCF及PCFG的出現(xiàn),將促進(jìn)并產(chǎn)生全新的性能優(yōu)異的新一代光纖光子器件,由此可能導(dǎo)致現(xiàn)代光纖技術(shù)的新跨越。

微結(jié)構(gòu)光纖突出的優(yōu)勢是具有超大單模模式面積,單位面積承受的激光功率很低,因而在高功率傳輸時,微結(jié)構(gòu)光纖中的光纖材料的非線性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)單模光纖,可用于大功率能量傳輸,在短脈沖能量傳輸中有很大的應(yīng)用。2004年,英國Bath大學(xué)的F.Luan等人成功地用sm長的包層充氮的空心、光子晶體光纖中傳輸了波長為800nm、脈寬小于30Ofs、峰值功率為2.2MW、重復(fù)頻率為5kHz的孤子脈沖,最低損耗為0.27dB/m

從20世紀(jì)70年代環(huán)形光纖的概念被提出以來,微結(jié)構(gòu)光纖逐漸走入了人們的研究視野當(dāng)中,微結(jié)構(gòu)光纖的種類也變得多樣化。常用的微結(jié)構(gòu)光纖有三種:

一、多孔微結(jié)構(gòu)光纖

多孔微結(jié)構(gòu)光纖又稱為光子晶體光纖(既F),最早于19%年英國Bath大學(xué)的首次制造了具有光子晶體包層的光纖。它是在石英光纖中沿軸向均勻排列著空氣孔,從光纖端面看,存在周期性的二維結(jié)構(gòu),如果其中一個孔遭到破壞和缺失,則會出現(xiàn)缺陷,光能夠在缺陷內(nèi)傳播。與普通單模光纖不同,PCF是由其中周期性排列空氣孔的單一石英材料構(gòu)成,所以又被稱為多孔光纖或微結(jié)構(gòu)光纖。由于PCF的空氣孔的排列和大小有很大的控制余地,可以根據(jù)需要設(shè)計PCF的光傳輸特性,所以它激起了人們濃厚的興趣。

PCF橫截面具有周期性微孔結(jié)構(gòu),并且孔的大小與波長同一個數(shù)量級,故可通過優(yōu)化設(shè)計微孔大小、填充率以及排列等方式獲得一系列"奇異"的光學(xué)性質(zhì)。由于PCF結(jié)構(gòu)的特殊性,它由于具有一系列"奇異,,的光學(xué)特性而倍受重視。與常規(guī)光纖相比,PcF相對于傳統(tǒng)光纖具有獨特的優(yōu)勢:全波段單模傳輸、高非線性、大模場面積、可控色散特性等?；诖?PcF不僅有可能成為比常規(guī)光纖更優(yōu)異的光傳輸介質(zhì),而且還可以用來制作各種前所未有的、功能新奇的光子器件,在頻率變換、色散補(bǔ)償、超連續(xù)譜的產(chǎn)生等領(lǐng)域都有著很大的應(yīng)用前景。因此,具有周期結(jié)構(gòu)的PCF已迅速成為光電子領(lǐng)域的熱點。

根據(jù)PCF的導(dǎo)光原理,PCF可以分為兩類:

(1)光子帶隙型光子晶體光纖(PGB一PCF)合理設(shè)計包層空氣孔結(jié)構(gòu),可以使得包層沿著光纖橫截面上存在著光子禁帶。當(dāng)導(dǎo)波頻率在包層禁帶范圍內(nèi)時,光在包層不能傳播,從而被嚴(yán)格限制在纖芯中傳播。纖芯缺陷材料折射率比包層低,一般為空氣,想要在包層中形成光子禁帶,對空氣孔的周期性排列要求非常嚴(yán)格。

(2)全內(nèi)反射式光子晶體光纖

全內(nèi)反射式光子晶體光纖其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)光纖類似,不同之處在于這種光纖的包層結(jié)構(gòu)是多孔結(jié)構(gòu)。中心的實心缺陷為纖芯,包層的周期性多孔區(qū)域形成一種漸變折射率分布,纖芯與包層之間通過引入空氣孔形成了一定的折射率差,使得光在包層區(qū)域發(fā)生全內(nèi)反射,從而光可以在纖芯區(qū)域傳播。

二、Bragg光纖

布拉格光纖(Bragg fiber)是一種一維微結(jié)構(gòu)光纖其纖芯一般為折射率較低的介質(zhì)(通常是空氣),包層是徑向折射率一維高低周期性分布的介電結(jié)構(gòu),也可以看作是多層介質(zhì)鏡,光纖的模式由Bragg反射束縛在芯層中。Bragg光纖的包層區(qū)域的高低折射率介質(zhì)的折射率差一般很大,又被稱為全向?qū)Рü饫w或同軸光纖。

Bragg光纖相對于傳統(tǒng)的階躍光纖和梯度折射率光纖有幾個優(yōu)點:

1.電磁波主要在纖芯的空氣區(qū)域,因而其傳輸損耗和材料色散很小;

2.基模場分布圓周方向均勻,傳輸過程中偏振態(tài)不發(fā)生變化;

3.可在很寬波長范圍內(nèi)單模工作;

4.通過結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計、介質(zhì)材料選取、工作波長確定可使零色散波長位于

單模范圍,在傳輸過程中保持脈沖形狀不變;

5.彎曲半徑到波長數(shù)量級時仍保持良好的導(dǎo)光能力等。

不過Bragg光纖由于折射率差很大,非線性效應(yīng)較高,當(dāng)傳輸?shù)募す夤β屎芨邥r,容易產(chǎn)生非線性,大大影響其作為高功率激光器和放大器性能。

三、瓣形微結(jié)構(gòu)光纖

瓣形微結(jié)構(gòu)光纖又稱為瓣形光纖(SCF),是一種新型微結(jié)構(gòu)光纖,最早由V.Rastogi,K.s.chiang等人于2001年提出,并在2004年拉制出了第一根瓣形微結(jié)構(gòu)光纖1281。SCF纖芯為一種高折射率介質(zhì),包層為高低折射率介質(zhì)相互交錯周期排列的瓣形分布。

瓣形微結(jié)構(gòu)光纖突出的優(yōu)點在于具有大的單模尺寸。同光子晶體光纖不同的是,瓣狀光纖高低折射率介質(zhì)的折射率差非常小,非線性系數(shù)小,便有效地減小了偏振模色散,適合于高速信號傳輸。此外,由于其大單模尺寸,在高功率的情況下,單位面積的功率比常規(guī)光纖小很多,能夠有效遏制非線性效應(yīng),減少高功率時光纖端面損傷,因此瓣狀光纖在高功率傳輸、高功率放大器和激光器中有很大的用途。

1961年snitzer研制了第一臺光纖激光器,1964年Koester與Snitzer合作研究光纖放大器。到20世紀(jì)80年代后期,許多研究小組開始研究光纖激光器和放大器,使得這些項域取得了空前的發(fā)展。涉及到的研究領(lǐng)域有:稀土摻雜離子和光纖一作線性增益,二極管激光器泵浦的光纖激光器,摻欽和摻餌的光纖激光器,光纖激光器的調(diào)Q、鎖模、單縱模輸出以及光纖放大器方面的研究工作,用于1.05μm波段激光核聚變的摻鏡光纖激光器等,此外,德國漢堡技術(shù)大學(xué),NTT,Hoya,日本的三菱,美國的polariodConoration,斯坦福大學(xué)和GTE等也在這方面的研究取得了顯著成果。從1989年開始,對鎖模光纖激光器的研究掀起新的熱潮,這類激光器能產(chǎn)生超短脈沖,并在光纖通信,超快現(xiàn)象、光纖傳感、慣性約束核聚變等方面有應(yīng)用價值。

微結(jié)構(gòu)光纖放大器和激光器的基本結(jié)構(gòu)與一般光纖放大器和激光器大材;相同。對于微結(jié)構(gòu)光纖激光器,也是由增益介質(zhì)、諧振腔與泵浦源組成的。增益介質(zhì)為摻有稀土離子的微結(jié)構(gòu)光纖,摻雜微結(jié)構(gòu)光纖放置在兩個反射率經(jīng)過選擇的腔鏡之間,泵浦光從光纖激光器的左邊腔鏡禍合進(jìn)入光纖;諧振腔是兩個介質(zhì)鏡構(gòu)成的,實際上可以將介質(zhì)膜直接鍍在光纖端面上,也可以采用定向禍合器或者光纖光柵等方式構(gòu)成諧振腔,以形成激光振蕩。

微結(jié)構(gòu)光纖激光器基本原理如下:泵浦光通過稀土摻雜微結(jié)構(gòu)光纖時,光纖中的稀土離子吸收泵浦光,躍遷到激光上能級,產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)后的粒子以受激輻射或自發(fā)輻射躍遷到激光下能級,即出現(xiàn)激光過程。由于受激發(fā)射是一種放大過程,要維持受激發(fā)射的增益,首先必須保證有足夠的反轉(zhuǎn)粒子數(shù),泵浦是實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的必要條件。泵浦由外部較高能量光源提供,由于泵浦能量高于激射能量,所以激射的光子的波長應(yīng)比泵浦光子的波長長,這一特點為微結(jié)構(gòu)光纖激器的實用化提供十分有利條件,即可以采用廉價的、成熟的GaAs半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)光纖放大器與激光(振蕩)器基于同一物理過程(受激輻射的光放大),其主要區(qū)別是激光放大器沒有諧振腔。工作物質(zhì)在泵浦光作用下,處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài),當(dāng)信號光通過它時,由于入射光頻率與放大介質(zhì)的增益譜線相重合,故激發(fā)態(tài)上的粒子在外來信號光的作用下產(chǎn)生受激輻射,這種輻射疊加到外來信號光上而得到放大。激光放大器要求工作物質(zhì)具有足夠的反轉(zhuǎn)粒子數(shù),以保證信號光通過它時得到的增益大于介質(zhì)內(nèi)部的各種損耗。另外,為了得到共振放大,要求放大介質(zhì)的能級結(jié)構(gòu)與輸入的信號光相匹配。

與熱導(dǎo)管不同，均熱板產(chǎn)品制作上先抽真空再注入純水，以便能填滿所有微結(jié)構(gòu)。充填的介質(zhì)不用甲醇、酒精、丙酮等，而是使用除氣的純水，就不會有環(huán)保問題，并可提升均熱板的效能及耐用度。均熱板內(nèi)的微結(jié)構(gòu)主要有兩種型態(tài)：粉末燒結(jié)、多層銅網(wǎng)，兩者的效果相同。但粉末燒結(jié)的微結(jié)構(gòu)其粉末質(zhì)量與燒結(jié)質(zhì)量不易控制，而多層銅網(wǎng)微結(jié)構(gòu)施以擴(kuò)散接合均熱板上下之銅片及銅網(wǎng)，其孔徑一致性及可控制性較優(yōu)于粉末燒結(jié)的微結(jié)構(gòu)，質(zhì)量較穩(wěn)定。較高的一致性可使液體流動較順暢，進(jìn)而可大幅縮減微結(jié)構(gòu)的厚度，降低均熱板的厚度，業(yè)界已有在150W的熱傳量時3.00mm的板厚。采用銅粉燒結(jié)微結(jié)構(gòu)的均熱板，因質(zhì)量不易控制，整體散熱模塊通常需輔以熱導(dǎo)管之設(shè)計。

以擴(kuò)散接合的多層銅網(wǎng)其接合強(qiáng)度與母材具相同強(qiáng)度，因氣密性高就不需任何的焊料，在接合的過程中也不會產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)阻塞，制成之均熱板的質(zhì)量較佳且耐用時間較長。以擴(kuò)散接合工法制作后如果孔洞漏氣，也可經(jīng)過重工修復(fù)。多層銅網(wǎng)除以擴(kuò)散使之接合外，在近熱源處接合較小孔徑銅網(wǎng)之層次狀設(shè)計，更可使蒸發(fā)區(qū)純水補(bǔ)充迅速，整體均熱板之循環(huán)更順暢。更有進(jìn)者將微結(jié)構(gòu)模塊化做區(qū)域化的設(shè)計，可運用于多熱源的散熱設(shè)計。因此，以擴(kuò)散接合及區(qū)域化層次狀設(shè)計之均熱板，大幅增加了單位面積的熱通量，傳熱效果也就優(yōu)于燒結(jié)微結(jié)構(gòu)的均熱板。

微晶玻璃的顯微結(jié)構(gòu)主要由組成和熱處理工藝所決定,對于微晶玻璃的物理特性如機(jī)械強(qiáng)度、斷裂韌性、透光性、抗熱震性等有很大影響。微晶玻璃的顯微結(jié)構(gòu)主要有枝晶結(jié)構(gòu)、超細(xì)顆粒、多孔膜、殘余結(jié)構(gòu)、積木結(jié)構(gòu)、柱狀互鎖結(jié)構(gòu)、孤島結(jié)構(gòu)、片狀孿晶等。

枝晶結(jié)構(gòu)是由晶體在某一晶格方向上加速生長造成的。枝晶的總輪廓與通常晶體形貌相似，在枝晶結(jié)構(gòu)中保留了很高比例的殘余玻璃相。枝晶在三維方向上連續(xù)貫通，形成骨架。由于氫氟酸對亞硅酸鋰的侵蝕速度要比鋁硅酸鹽玻璃相更快，亞硅酸鋰枝晶有容易被銀感光成核，可將復(fù)雜的圖案轉(zhuǎn)移到微晶玻璃上。

高度晶化微晶玻璃的晶粒尺寸可以控制在幾十納米以內(nèi)，得到超細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)。在鋰鋁硅透明微晶玻璃中，由于充分核話，基礎(chǔ)玻璃中形成大量的鈦酸鋯晶核，β-石英固溶體晶相在晶核上外延生長，形成平均晶粒尺寸約60nm均勻的超細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)。由于晶粒尺寸遠(yuǎn)小于可見光波長，并且β-石英固溶體的雙折射率較低，該微晶玻璃透光率很高。

在許多微晶玻璃中，殘余玻璃相可以形成多孔膜結(jié)構(gòu)。以β-鋰輝石固溶體為主晶相的鋰鋁硅不透明微晶玻璃中，殘余玻璃相中SiO2含量較高，黏度較大，因而能夠阻礙鋁離子膜網(wǎng)絡(luò)。因此，鋰鋁硅微晶玻璃在高溫下具有非常好的顆粒穩(wěn)定性，可以在1200℃的高溫下長時間使用。

所謂殘余結(jié)構(gòu)式指微晶玻璃如實地保留了基礎(chǔ)玻璃中原有的結(jié)構(gòu)。微晶玻璃成核的第一步往往是液-液分相，形成液滴。如在二元鋁硅玻璃中，從高硅基質(zhì)中分離出組成類似于莫來石的高鋁液滴。熱處理時，高鋁液滴晶化成為莫來石微晶體，其外形繼承了母體液滴的球形外貌。由于微晶體尺寸很小，只有幾十納米，盡管莫來石與硅質(zhì)玻璃之間的折射率相差較大，對可見光的散射很小，是一種透明微晶玻璃。

云母類硅酸鹽礦物在二維方向上結(jié)晶能夠產(chǎn)生一種互鎖的積木結(jié)構(gòu)，是可切削微晶玻璃的典型顯微結(jié)構(gòu)。由于云母晶相較軟，而且能使切削工具尖端引起的裂紋鈍化、偏轉(zhuǎn)和分支而產(chǎn)生碎片剝落，不會產(chǎn)生災(zāi)難性破壞，因此即使晶相體積分?jǐn)?shù)僅40%也具有良好的可切削性，此外，云母相的連續(xù)性也使此類微晶玻璃具有很高的電阻率和介電強(qiáng)度。

具有柱狀或針狀互鎖顯微結(jié)構(gòu)的微晶玻璃具有最高的機(jī)械強(qiáng)度和斷裂韌性。以鉀氟堿錳閃石為主晶相的閃石微晶玻璃的顯微玻璃的顯微照片。柱狀互鎖顯微結(jié)構(gòu)具有類似于晶須補(bǔ)強(qiáng)陶瓷中晶須隨機(jī)排列的結(jié)構(gòu)特征。這種微晶玻璃的彎曲強(qiáng)度達(dá)150Mpa，斷裂韌性大(3.2±0.2)Mpa·m。以鏈狀硅酸鹽礦物氟硅堿鈣石為主晶相、晶化程度更高的氟硅堿鈣石微晶玻璃具有柱狀互鎖顯微結(jié)構(gòu)，其彎曲強(qiáng)度接近300Mpa,斷裂韌性高達(dá)5.0Mpa·m.

當(dāng)平衡相沿著各種亞穩(wěn)相的界面形成時，便產(chǎn)生了典型的孤島結(jié)構(gòu)。在存在莫來石晶體和殘余玻璃相的硅酸銫微晶玻璃產(chǎn)生的銫榴石晶相就具有孤島顯微結(jié)構(gòu)。

幾種微晶玻璃的晶相如頑輝石、鈣長石和白榴石在冷卻過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)聚合孿晶，生產(chǎn)一種能夠提高斷裂韌性的片狀孿晶顯微結(jié)構(gòu)。頑輝石開始形成原頑輝石，當(dāng)冷卻到1000℃時，頑輝石發(fā)生馬氏體相變轉(zhuǎn)變位斜頑輝石，頑輝石顆粒高度孿晶化。由于這種孿晶片顯微結(jié)構(gòu)可以使裂紋偏轉(zhuǎn)吸收能量，使這種微晶玻璃具有最高的斷裂韌性，平均約5.0Mpa·m,并具有很高的彈性模量。