專(zhuān)利名稱(chēng)：激光干涉誘導(dǎo)鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與鐵電疇有關(guān)，特別是一種激光干涉誘導(dǎo)鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)的裝置，適 用于多種波長(zhǎng)的誘導(dǎo)光，不受誘導(dǎo)光源、掩膜板尺寸的限制，能有效的降低極化反轉(zhuǎn)電場(chǎng)， 用于微米和亞微米量級(jí)的微觀尺度上精細(xì)結(jié)構(gòu)的鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)，有利于制作更為精 細(xì)、復(fù)雜的全光微結(jié)構(gòu)器件，從而廣泛應(yīng)用于準(zhǔn)相位匹配非線性光學(xué)和新型光學(xué)器件等諸 多重要領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
周期性極化鈮酸鋰晶體已廣泛應(yīng)用于激光倍頻、光參量振蕩等非線性光學(xué)以及新 光學(xué)器件等諸多領(lǐng)域。隨著非線性鐵電材料的未來(lái)發(fā)展，例如一階準(zhǔn)相位匹配紫外二次諧 波的產(chǎn)生、電光布拉格光柵和光子晶體等，都需要亞微米和納米量級(jí)的周期反轉(zhuǎn)疇。目前采用激光誘導(dǎo)的方法可以實(shí)現(xiàn)鐵電晶體疇反轉(zhuǎn)職亞楠、劉德安、曲偉娟、周 煜、劉立人、杭寅，紫外激光誘導(dǎo)近化學(xué)計(jì)量比鉭酸鋰晶體鐵電疇反轉(zhuǎn)，光學(xué)學(xué)報(bào)，27 (12)， 2007，利用石英液體電極提供均勻的外加電場(chǎng)，并允許在加電場(chǎng)的同時(shí)進(jìn)行激光輻照；直 流高壓電源提供疇反轉(zhuǎn)所需的外電場(chǎng)。利用馬赫-曾德干涉光路實(shí)現(xiàn)數(shù)字全息干涉測(cè)量。 連續(xù)激光聚焦在晶體的表面，在激光輻照的同時(shí)沿與晶體自發(fā)極化相反的方向施加均勻外 電場(chǎng)。在外電場(chǎng)與激光輻照?qǐng)龅墓餐饔孟?，輻照區(qū)域逐漸發(fā)生疇反轉(zhuǎn)。其僅限于激光誘 導(dǎo)點(diǎn)發(fā)生疇反轉(zhuǎn)，未實(shí)現(xiàn)周期結(jié)構(gòu)疇反轉(zhuǎn)。超強(qiáng)超快激光可以實(shí)現(xiàn)周期性疇反轉(zhuǎn)姜本學(xué)，趙志偉，潘守夔，徐軍，實(shí)現(xiàn)LiNb03 晶體疇反轉(zhuǎn)的方法，發(fā)明，申請(qǐng)?zhí)?00410025630.0，該非線性光學(xué)晶體的周期性疇反轉(zhuǎn)結(jié) 構(gòu)是沿LiNbO3的極化方向，在兩束超強(qiáng)超快激光相互干涉形成干涉條紋下制成的。該方法 受誘導(dǎo)光和材料破壞閾值的限制，僅適用于超強(qiáng)超快激光實(shí)現(xiàn)晶體疇反轉(zhuǎn)，且容易造成材 料表面破壞。外加電場(chǎng)周期極化法，直接用外加電場(chǎng)的方法實(shí)現(xiàn)鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)，其需要 的極化電場(chǎng)過(guò)大，限制了晶體的極化厚度和器件的均勻性，得到的反轉(zhuǎn)疇體的尺寸被限制 在幾個(gè)微米左右，無(wú)法滿足準(zhǔn)相位匹配等技術(shù)的發(fā)展要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種激光干涉誘導(dǎo)鐵電晶體周期 疇反轉(zhuǎn)裝置。它利用兩束光干涉的方法實(shí)現(xiàn)激光誘導(dǎo)鐵電晶體周期結(jié)構(gòu)疇反轉(zhuǎn)。解決制備 微米和亞微米量級(jí)的周期疇結(jié)構(gòu)問(wèn)題；適合于多種波長(zhǎng)誘導(dǎo)鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)，不受誘 導(dǎo)光、掩膜板的限制；有利于降低鐵電疇的極化反轉(zhuǎn)電場(chǎng)，增大晶體極化厚度，擴(kuò)大通光孔 徑，提高準(zhǔn)相位匹配光頻變換器件的輸出功率。本發(fā)明能極大地降低其鐵電疇的極化反轉(zhuǎn) 電場(chǎng)，使周期疇結(jié)構(gòu)更完美，有利于制作更為精細(xì)、復(fù)雜的全光微結(jié)構(gòu)器件，易于操作，尺寸 精確，無(wú)破壞。本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案如下
一種激光干涉誘導(dǎo)鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)裝置，包括誘導(dǎo)光源裝置和極化裝置，其 特點(diǎn)在于所述的極化裝置的構(gòu)成是在鐵電晶體樣品兩面分別設(shè)置0型橡膠環(huán)和中間具有 電解液腔和石英窗的有機(jī)玻璃夾具，通過(guò)所述的有機(jī)玻璃夾具四周的螺栓孔用螺栓將所述 的有機(jī)玻璃夾具夾緊固定所述的0型橡膠環(huán)和鐵電晶體樣品，保證兩個(gè)石英窗表面與鐵電 晶體樣品的表面平行，將電解液通過(guò)所述的有機(jī)玻璃夾具的注液通道注滿所述的電解液 腔、0型橡膠環(huán)和注液通道；高壓直流電源的一極插入一塊有機(jī)玻璃夾具注液通道，另一極 通過(guò)降壓電阻和電流表插入另一塊有機(jī)玻璃夾具注液通道中形成極化電路；所述的誘導(dǎo)光源裝置由誘導(dǎo)光源、濾波器、平行光管、凸透鏡、分光棱鏡、第一平面 反射鏡和第二平面反射鏡構(gòu)成，其位置關(guān)系是所述的誘導(dǎo)光源發(fā)出的誘導(dǎo)激光依次經(jīng)過(guò) 所述的濾波器、平行光管、凸透鏡入射到所述的分光棱鏡，所述的誘導(dǎo)光經(jīng)所述的分光棱鏡 分成強(qiáng)度近乎相等的兩束光，分別經(jīng)第一平面反射鏡和第二平面反射鏡反射后對(duì)稱(chēng)地通過(guò) 石英窗在所述的鐵電晶體樣品的表面并產(chǎn)生干涉，在誘導(dǎo)光相干輻照的同時(shí)，所述的高壓 直流電源通過(guò)所述的極化電路為所述的鐵電晶體樣品提供極化電場(chǎng)，周期地極化鐵電晶 體，使所述的鐵電晶體樣品產(chǎn)生周期疇反轉(zhuǎn)。 所述的誘導(dǎo)光的波長(zhǎng)在近紫外-近紅外范圍內(nèi)。所述的極化裝置構(gòu)成方式為首先將任意一塊有機(jī)玻璃夾具平放，將一個(gè)0型環(huán) 置于該有機(jī)玻璃夾具上，環(huán)住該有機(jī)玻璃夾具的石英窗，鐵電晶體樣品置于該0型環(huán)上，在 該鐵電晶體樣品的上表面疊放另一個(gè)0型環(huán)，使之與下表面的0型環(huán)位置對(duì)稱(chēng)，再將另一塊 有機(jī)玻璃夾具置于最上層，放好后，通過(guò)有機(jī)玻璃夾具的四角螺栓孔用螺栓固定，使上下兩 塊有機(jī)玻璃夾具夾緊，保證兩個(gè)石英窗的表面與鐵電晶體樣品的表面平行。通過(guò)注液通道 分別向鐵電晶體樣品兩側(cè)的0型環(huán)及電解液腔內(nèi)注入電解液，使之充滿整個(gè)0型環(huán)、電解液 腔和注液通道，確保電解液內(nèi)無(wú)氣泡，電解液無(wú)泄漏。將高壓直流電源通過(guò)極化電路，對(duì)鐵 電晶體的提供所需的極化電場(chǎng)。改變誘導(dǎo)光的入射角，設(shè)置相干條紋的間距。本發(fā)明的技術(shù)效果1、本發(fā)明通過(guò)兩束光干涉的方法能夠?qū)崿F(xiàn)微米和亞微米量級(jí)的激光誘導(dǎo)鐵電晶 體周期疇反轉(zhuǎn)，2、本發(fā)明能極大地降低其鐵電疇的極化反轉(zhuǎn)電場(chǎng)，使周期疇結(jié)構(gòu)更完美，有利于 增大晶體極化厚度，擴(kuò)大通光孔徑，提高準(zhǔn)相位匹配光頻變換器件的輸出功率。3、適用于多種波長(zhǎng)的誘導(dǎo)光，不受誘導(dǎo)光波長(zhǎng)的限制；4、可以在周期極化晶體上設(shè)置多種相干條紋的間距，不受掩膜板尺寸的限制。


圖1為本發(fā)明的極化裝置中有機(jī)玻璃夾具的結(jié)構(gòu)示意圖的側(cè)面圖。圖2為本發(fā)明的極化裝置中有機(jī)玻璃夾具的結(jié)構(gòu)示意圖的剖面圖。圖3為本發(fā)明的極化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明激光干涉誘導(dǎo)晶體周期疇反轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1_有機(jī)玻璃夾具；101-螺栓孔；102-石英窗；103-電解液腔；104-注液通道；2-0型橡膠環(huán)；3-鐵電晶體樣品；4-電阻；5-高壓直流電源；6-微安電流表；7-誘導(dǎo)光 源；8-濾波器；9-平行光管；10-凸透鏡或顯微物鏡；11-分光棱鏡；12-平面反射鏡。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的激光干涉誘導(dǎo)鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)裝置作進(jìn) 一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱圖4，圖4為本發(fā)明的激光干涉誘導(dǎo)鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)裝置，由圖可 見(jiàn)，本發(fā)明激光干涉誘導(dǎo)鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)裝置，包括誘導(dǎo)光源裝置和極化裝置，其特點(diǎn) 在于所述的極化裝置的構(gòu)成是在鐵電晶體樣品3兩面分別設(shè)置0型橡膠環(huán)2和中間具 有電解液腔103和石英窗102的有機(jī)玻璃夾具1，通過(guò)所述的有機(jī)玻璃夾具1四周的螺栓 孔101用螺栓將所述的有機(jī)玻璃夾具1夾緊固定所述的0型橡膠環(huán)2和鐵電晶體樣品3，保 證兩個(gè)石英窗102表面與鐵電晶體樣品3的表面平行，將電解液通過(guò)所述的有機(jī)玻璃夾具 1的注液通道104注滿所述的電解液腔103、0型橡膠環(huán)2和注液通道104 ；高壓直流電源5 的一極插入一塊有機(jī)玻璃夾具1注液通道104，另一極通過(guò)降壓電阻4和電流表6插入另一 塊有機(jī)玻璃夾具1注液通道104中形成極化電路；所述的誘導(dǎo)光源裝置由誘導(dǎo)光源7、濾波器8、平行光管9、凸透鏡10、分光棱鏡11、 第一平面反射鏡12和第二平面反射鏡12構(gòu)成，其位置關(guān)系是所述的誘導(dǎo)光源7發(fā)出的誘 導(dǎo)激光依次經(jīng)過(guò)所述的濾波器8、平行光管9、凸透鏡10入射分光棱鏡11，所述的誘導(dǎo)光經(jīng) 所述的分光棱鏡11分成強(qiáng)度近乎相等的兩束光，分別經(jīng)第一平面反射鏡和第二平面反射 鏡反射后對(duì)稱(chēng)地通過(guò)石英窗102照射在所述的鐵電晶體樣品3的表面并產(chǎn)生干涉，在誘導(dǎo) 光相干輻照的同時(shí)，所述的高壓直流電源5通過(guò)所述的極化電路為所述的鐵電晶體樣品3 提供極化電場(chǎng)，周期地極化鐵電晶體，使所述的鐵電晶體樣品3產(chǎn)生周期疇反轉(zhuǎn)。所述的第一平面反射鏡和第二平面反射鏡具有相對(duì)位置的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以改變兩相 干光束對(duì)所述的鐵電晶體樣品3的入射角。先請(qǐng)參閱圖3，圖3為本發(fā)明的極化裝置，其特征在于液體電極提供外加電場(chǎng)的同 時(shí)進(jìn)行激光輻照的極化方法。所述的鐵電晶體樣品3是沿晶體光軸方向(Z方向)垂直切 割的雙面拋光晶體被夾在極化裝置中，兩個(gè)石英窗102表面與樣品3表面平行。通過(guò)注液 通道104分別向樣品3兩側(cè)的0型環(huán)2及電解液腔103內(nèi)注入電解液，使之充滿整個(gè)0型 環(huán)2、電解液腔103及注液通道104，確保電解液內(nèi)無(wú)氣泡，電解液無(wú)泄漏。誘導(dǎo)光源7輸出的一定波長(zhǎng)和功率的誘導(dǎo)光依次經(jīng)過(guò)濾波器8、平行光管9、凸透 鏡10、分光棱鏡11后，分成強(qiáng)度近乎相等的兩束光，分別經(jīng)第一平面鏡12和第二平面鏡12 反射后對(duì)稱(chēng)地通過(guò)石英窗102入射并在鐵電晶體樣品3的表面產(chǎn)生干涉，改變誘導(dǎo)光的入 射角，可以設(shè)置干涉條紋的間距。激光輻照的同時(shí)高壓直流電源5通過(guò)極化電路，對(duì)所述的 鐵電晶體樣品3提供所需的均勻外電場(chǎng)。從零電壓開(kāi)始，采取逐漸升高電壓的方法，電壓升 高速率約為lOv/s，通過(guò)微安表實(shí)時(shí)檢測(cè)晶體疇反轉(zhuǎn)過(guò)程中瞬態(tài)極化電流變化，極化電流的 出現(xiàn)可以指示疇反轉(zhuǎn)的發(fā)生。鐵電晶體樣品被極化，實(shí)現(xiàn)了疇的周期性反轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
一種激光干涉誘導(dǎo)鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)裝置，包括誘導(dǎo)光源裝置和極化裝置，其特征在于所述的極化裝置的構(gòu)成是在鐵電晶體樣品(3)兩面分別設(shè)置O型橡膠環(huán)(2)和中間具有電解液腔(103)和石英窗(102)的有機(jī)玻璃夾具(1)并通過(guò)所述的有機(jī)玻璃夾具(1)四周的螺栓孔(101)用螺栓將所述的有機(jī)玻璃夾具(1)夾緊固定所述的O型橡膠環(huán)(2)和鐵電晶體樣品(3)，并保證兩個(gè)石英窗表面與鐵電晶體樣品(3)的表面平行，將電解液通過(guò)所述的有機(jī)玻璃夾具(1)的注液通道(104)注滿所述的電解液腔(103)、O型橡膠環(huán)(2)和注液通道(104)；高壓直流電源(5)的一極插入一塊有機(jī)玻璃夾具(1)注液通道(104)，另一極通過(guò)降壓電阻(4)和電流表(6)插入另一塊有機(jī)玻璃夾具(1)注液通道(104)中形成極化電路；所述的誘導(dǎo)光源裝置由誘導(dǎo)光源(7)、濾波器(8)、平行光管(9)、凸透鏡(10)、分光棱鏡(11)、第一平面反射鏡(12)和第二平面反射鏡(12)構(gòu)成，其位置關(guān)系是所述的誘導(dǎo)光源(7)發(fā)出的誘導(dǎo)激光依次經(jīng)過(guò)所述的濾波器(8)、平行光管(9)、凸透鏡(10)入射分光棱鏡(11)，所述的誘導(dǎo)光經(jīng)所述的分光棱鏡(11)分成強(qiáng)度近乎相等的兩束光，分別經(jīng)第一平面反射鏡和第二平面反射鏡反射后對(duì)稱(chēng)地通過(guò)石英窗(102)照射在所述的鐵電晶體樣品(3)的表面并產(chǎn)生干涉，在誘導(dǎo)光相干輻照的同時(shí)，所述的高壓直流電源(5)通過(guò)所述的極化電路為所述的鐵電晶體樣品(3)提供極化電場(chǎng)，周期地極化鐵電晶體，使所述的鐵電晶體樣品(3)產(chǎn)生周期疇反轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光干涉誘導(dǎo)鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)裝置其特征在于所述的 誘導(dǎo)光源(7)的波長(zhǎng)在近紫外-近紅外范圍內(nèi)選取。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光干涉誘導(dǎo)鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)裝置其特征在于所述的 第一平面反射鏡和第二平面反射鏡具有相對(duì)位置的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以改變兩相干光束對(duì)所述的 鐵電晶體樣品(3)的入射角。全文摘要
一種激光干涉誘導(dǎo)鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)的裝置，該裝置利用兩束光干涉的方法實(shí)現(xiàn)周期結(jié)構(gòu)，利用石英窗和電解液電極實(shí)現(xiàn)極化電場(chǎng)的同時(shí)進(jìn)行激光相干輻照，從而實(shí)現(xiàn)激光誘導(dǎo)周期疇反轉(zhuǎn)?？捎糜谖⒚缀蛠單⒚琢考?jí)的微觀尺度上，精細(xì)結(jié)構(gòu)的鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)，有利于制作更為精細(xì)、復(fù)雜的全光微結(jié)構(gòu)器件，可廣泛應(yīng)用于準(zhǔn)相位匹配非線性光學(xué)和新型光學(xué)器件等諸多重要領(lǐng)域。本發(fā)明適用于多種波長(zhǎng)的誘導(dǎo)光，不受誘導(dǎo)光源和掩膜板尺寸的限制，能極大地降低其鐵電疇的極化反轉(zhuǎn)電場(chǎng)，制備更靈活、更完美的周期結(jié)構(gòu)，易于操作，尺寸精確，原理可靠，無(wú)破壞。
文檔編號(hào)G02F1/35GK101887203SQ201010207590
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者侯培培, 劉立人, 孫建鋒, 職亞楠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所