專利名稱：檢測鈮酸鋰晶體極化疇反轉(zhuǎn)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種檢測鈮酸鋰(LiNbO3)晶體極化疇反轉(zhuǎn)的裝置，主要用于觀測LiNbO3晶體的疇反轉(zhuǎn)狀態(tài)。
背景技術(shù)：
隨著周期性疇反轉(zhuǎn)制備技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)明了許多檢測疇反轉(zhuǎn)發(fā)生的裝置，這些檢測設(shè)備都存在著實現(xiàn)困難或過程復(fù)雜等缺點，因此迫切需要簡單實用而且操作方便的裝置來彌補這些不足。
在先技術(shù)[1](參見Near-field scanning optical microscopy offerroelectric domain walls，T.J.Yang，U.Mohideen，Mool C.Gupta.Appl.Phys.Lett.，71(14)1960-1962，1997和Dynamical Domain Observation inRelaxor Ferroelectrics，R.Ujiie，K.Uchine，IEEE ULTRASONICSSYMPOSIUM 1051-0117/90/0000-0725，1990)中所描述的利用LiNbO3晶體的雙折射性質(zhì)，把晶片置于正交偏振片之間，用偏光顯微鏡直接觀察電疇結(jié)構(gòu)。這是觀察靜態(tài)疇結(jié)構(gòu)和研究疇壁運動動力學(xué)的方法，但它一般不適用于觀察反平行的疇，因為在疇反轉(zhuǎn)后折射率不變。
在先技術(shù)[2](參見《周期極化鈮酸鋰晶體光變頻器理論與應(yīng)用研究》，薛挺，天津大學(xué)博士論文，2002)中所描述的是采用腐蝕技術(shù)，利用LiNbO3在酸中被腐蝕的速度與偶極矩有關(guān)的特點，不同極性的疇被腐蝕的程度和速度不同，-C面被腐蝕得比+C面快得多。LiNbO3晶體在HF∶HNO3＝1∶2的溶液或純HF酸中，室溫下腐蝕幾個小時，即可用普通生物顯微鏡直接觀察，在顯微鏡下可觀察到未腐蝕部分較亮，腐蝕部分較暗且下凹。這一方法的主要缺點是具有破壞性，腐蝕后的LiNbO3樣品表面會變粗糙，而其花費時間多。
在先技術(shù)[3](參見Nanoscale imaging of domains and domain walls inperiodically poled ferroelectrics using atomic force microscopy，J.Wittbom，C.Canalias，K.V. Rao，R.Clemens，H.Karlsson，F(xiàn).Laurell，Appl.Phys.Lett.2002，80(9)1622-1624)中所描述的利用原子力顯微鏡等高級實驗設(shè)備對疇結(jié)構(gòu)進行成像，直接觀察和顯示疇結(jié)構(gòu)。這種設(shè)備不但昂貴，而且不方便實時檢測。
在先技術(shù)[4](參見Impact of ultraviolet light on coercive field，polingdynamics and poling quality of various lithium niobate crystals fromdifferent sources，M.C.Wengler，B.Fassbender，E.Soergel，K.Buse.Journal of Applied Physics.2004，96(5)2816-2820)中所描述的采用高精度、高靈敏微安表來實時監(jiān)控疇反轉(zhuǎn)過程中的極化電流，根據(jù)微安表上指示的電流就可以判斷極化的程度。但是這種微安表只能簡單的判斷極化過程的發(fā)生與否，至于疇反轉(zhuǎn)發(fā)生的位置無法確定，而且電流的微弱變化不易觀察。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種檢測LiNbO3晶體發(fā)生疇反轉(zhuǎn)的裝置。該裝置的要求是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，而且易于觀測整個疇反轉(zhuǎn)發(fā)生的過程。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種檢測鈮酸鋰晶體發(fā)生疇反轉(zhuǎn)的裝置，其特征在于該裝置的構(gòu)成包括一塊雅敏輸入光學(xué)平板，用于光束掃描的直徑和厚度相同，楔角均為α的第一圓形光楔、第二圓形光楔、第三圓形光楔和第四圓形光楔，該α＜＜1，一施加于待測LiNbO3晶體的外接高壓電源，一塊輸出雅敏光學(xué)平板和觀察屏，所述的雅敏光學(xué)平板的側(cè)面為工作面，所述的雅敏輸入光學(xué)平板和輸出雅敏光學(xué)平板的工作面平行、相對并水平放置，當(dāng)一光束水平面內(nèi)與入射時，在所述的雅敏輸入光學(xué)平板的反射光路上和透反射光路上分別設(shè)置第一圓形光楔和第二圓形光楔，第三圓形光楔和第四圓形光楔，在輸出雅敏光學(xué)平板的反射輸出的相干光路上設(shè)置觀察屏。
所述的第一圓形光楔和第二圓形光楔同軸放置，無楔角的面靠在一起，放在所述的雅敏輸入光學(xué)平板和輸出雅敏光學(xué)平板的光路中。所述的第三圓形光楔和第四圓形光楔也同樣設(shè)置。
所述的輸入雅敏光學(xué)平板和輸出雅敏光學(xué)平板最佳放置角度為與水平線成45°，光線入射到輸入雅敏光學(xué)平板的最佳角度與雅敏光學(xué)平板的入射面成45°。
所述的第一圓形光楔和第二圓形光楔同軸相背放置，可分別或同步繞公共軸線轉(zhuǎn)動，以繞水平軸逆時針轉(zhuǎn)動為正，順時針轉(zhuǎn)動為負，轉(zhuǎn)動角度分別是θ1，-θ2，第三圓形光楔和第四圓形光楔同軸相背放置，可分別或同步繞其公共軸線轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角度分別是θ1，-θ2，一光束以沿水平線方向入射時，則出射光線的掃描角度δ＜＜1°，該掃描角度δ為δ=2(n-1)αcosθ1+θ22]]>其中n為光楔折射率。
所述的觀察屏上的干涉條紋的周期T與光束掃描角度δ有如下關(guān)系T=λ2sinδ≈λ2δ]]>其中λ為入射光波長。
所述的觀察屏的最佳條紋數(shù)為每毫米不超過10對。
所述的觀察屏為一般觀察屏，或CCD探測器，或計算機顯示屏。
待測的LiNbO3晶體放置在兩干涉光路之一路上，置于雙光楔之后，光軸與入射光線平行。所述的LiNbO3晶體外接高壓電源。
本發(fā)明的技術(shù)效果經(jīng)試用表明，本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，而且易于觀測整個疇反轉(zhuǎn)發(fā)生的過程的特點。


圖1為本發(fā)明檢測LiNbO3晶體疇反轉(zhuǎn)的裝置的光路結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
圖1是檢測LiNbO3晶體疇反轉(zhuǎn)的裝置的光路結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本發(fā)明檢測鈮酸鋰晶體發(fā)生疇反轉(zhuǎn)的裝置的構(gòu)成包括一塊雅敏輸入光學(xué)平板1，用于光束掃描的直徑和厚度相同，楔角均為α的第一圓形光楔2、第二圓形光楔3、第三圓形光楔4和第四圓形光楔5，一施加于待測LiNbO3晶體7的外接高壓電源6，一塊輸出雅敏光學(xué)平板8和觀察屏9，所述的雅敏光學(xué)平板的側(cè)面為工作面，所述的雅敏輸入光學(xué)平板1和輸出雅敏光學(xué)平板8的工作面平行、相對并水平放置，當(dāng)一光束水平面內(nèi)與入射時，在所述的雅敏輸入光學(xué)平板1的反射光路上和透反射光路上分別各設(shè)置一對光楔，即第一圓形光楔2和第二圓形光楔3，第三圓形光楔4和第四圓形光楔5，在輸出雅敏光學(xué)平板8的反射輸出的相干光路上設(shè)置所述的觀察屏9。
所述的第一圓形光楔2和第二圓形光楔3同軸放置，無楔角的面靠在一起，放在所述的雅敏輸入光學(xué)平板1和輸出雅敏光學(xué)平板8的光路中。
所述的輸入雅敏光學(xué)平板1和輸出雅敏光學(xué)平板8最佳放置角度為與水平線成45°，光線入射到輸入雅敏光學(xué)平板1的最佳角度是與雅敏光學(xué)平板1的入射面成45°。
所述的第一圓形光楔2和第二圓形光楔3同軸相背放置，可分別或同步繞公共軸線轉(zhuǎn)動，以繞水平軸逆時針轉(zhuǎn)動為正，順時針轉(zhuǎn)動為負，轉(zhuǎn)動角度分別是θ1，-θ2，第三圓形光楔4和第四圓形光楔5同軸相背放置，可分別或同步繞其公共軸線轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角度分別是θ1，-θ2，一光束以沿水平線方向入射時，則出射光線的掃描角度δ＜＜1°，該掃描角度δ為δ=2(n-1)αcosθ1+θ22]]>其中n為光楔折射率。
所述的觀察屏9上的干涉條紋的周期T與光束掃描角度δ有如下關(guān)系T=λ2sinδ≈λ2δ]]>其中λ為入射光波長。
所述的觀察屏9的最佳條紋數(shù)為每毫米不超過10對。
所述的觀察屏9為一般觀察屏，或CCD探測器，或計算機顯示屏。
所述的輸入雅敏平板以與水平線成45°放置，光線以與水平線垂直方向入射到輸入平板，產(chǎn)生兩平行相干光束a和b，兩光束分別經(jīng)過兩組雙光楔，兩路光的各對應(yīng)光楔運動方式一致，轉(zhuǎn)動角度相同，初始放置位置為如圖1對稱放置。通過改變各光路中兩光楔的相對轉(zhuǎn)動角度來實現(xiàn)出射光束的角度δ改變，角度δ(δ＜＜1°)與觀察屏9上的干涉條紋周期T的關(guān)系可描述為T=λ2sinδ≈λ2δ]]>其中λ為入射光波長。
當(dāng)a光路中第一圓形光楔2和第二圓形光楔3同軸相背放置，可分別或同步繞公共軸線轉(zhuǎn)動，以繞水平軸逆時針轉(zhuǎn)動為正，順時針轉(zhuǎn)動為負，轉(zhuǎn)動角度分別是θ1，-θ2，同時反向轉(zhuǎn)動相同角度θ時，光路b中作為光路補償?shù)牡谌龍A形光楔4和第四圓形光楔5也必須同時反向轉(zhuǎn)動相同角度θ，如此改變觀察屏9上干涉條紋數(shù)目，最佳的條紋數(shù)目是在每毫米10對以內(nèi)。b光路的光線通過第三圓形光楔4和第四圓形光楔5入射到LiNbO3晶體7表面上，與晶體光軸平行，通過控制高壓電源6對晶體7上半部分或下半部分電極化處理實現(xiàn)疇反轉(zhuǎn)，光軸方向隨著疇結(jié)構(gòu)變化而變化，晶體發(fā)生疇反轉(zhuǎn)部分的光軸與未發(fā)生疇反轉(zhuǎn)部分的光軸方向相反，因此在b光路，晶體7的上下兩部分光軸方向相反，對光線進行相反的相位調(diào)制，產(chǎn)生相反的相位延遲，此路光線經(jīng)輸出雅敏平板8反射，與經(jīng)過輸出雅敏平板折反出來的a路光產(chǎn)生干涉，在觀察屏9上形成上下明顯錯開的背景干涉條紋，如此根據(jù)干涉條紋即可檢測出疇反轉(zhuǎn)的發(fā)生和變化過程。改變θ大小，條紋疏密程度隨之變化，這樣便于更清晰的觀察。當(dāng)單獨旋轉(zhuǎn)兩路光中的一個光楔時，條紋疏密程度改變的同時條紋的傾斜方向也隨之改變，傾斜角度與旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系為 θ1和θ2是每路光中兩塊光楔各自轉(zhuǎn)動的絕對角度值，在θ1＝θ2時，也即兩光楔同步反向等角度旋轉(zhuǎn)時，條紋并不產(chǎn)生傾斜。這樣通過簡單的旋轉(zhuǎn)雙光楔的相對角度，即可實時觀察LiNbO3晶體的疇反轉(zhuǎn)。
下面給出一個最佳實例的具體設(shè)計參數(shù)入射光為He-Ne激光，波長λ為632.8nm，兩塊雅敏干涉平板長200mm，寬60mm，厚95mm，材料為K9玻璃，折射率n為1.50959，四塊光楔楔角α為10′，直徑D為50mm，測試的LiNbO3晶體尺寸為16mm×16mm×0.3mm，光束a和b的掃描角度δ最大值均為3.025毫弧，觀察屏9上每毫米最大條紋數(shù)9.56對，最小周期T為0.10459mm/對。
權(quán)利要求
1.一種檢測鈮酸鋰晶體發(fā)生疇反轉(zhuǎn)的裝置，其特征在于該裝置的構(gòu)成包括一塊雅敏輸入光學(xué)平板(1)，用于光束掃描的直徑和厚度相同，楔角均為α的第一圓形光楔(2)、第二圓形光楔(3)、第三圓形光楔(4)和第四圓形光楔(5)，該α＜＜1，一施加于待測LiNbO3晶體(7)的外接高壓電源(6)，一塊輸出雅敏光學(xué)平板(8)和觀察屏(9)，所述的雅敏光學(xué)平板的側(cè)面為工作面，所述的雅敏輸入光學(xué)平板(1)和輸出雅敏光學(xué)平板(8)的工作面平行、相對并水平放置，當(dāng)一光束水平面內(nèi)與入射時，在所述的雅敏輸入光學(xué)平板(1)的反射光路上和透反射光路上分別設(shè)置第一圓形光楔(2)和第二圓形光楔(3)，第三圓形光楔(4)和第四圓形光楔(5)，在輸出雅敏光學(xué)平板(8)的反射輸出的相干光路上設(shè)置觀察屏(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測鈮酸鋰晶體發(fā)生疇反轉(zhuǎn)的裝置，其特征在于所述的第一圓形光楔(2)和第二圓形光楔(3)同軸放置，無楔角的面靠在一起，放在所述的雅敏輸入光學(xué)平板(1)和輸出雅敏光學(xué)平板(8)的光路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測鈮酸鋰晶體發(fā)生疇反轉(zhuǎn)的裝置，其特征在于輸入雅敏光學(xué)平板(1)和輸出雅敏光學(xué)平板(8)最佳放置角度為與水平線成45°，光線入射到輸入雅敏光學(xué)平板(1)的最佳角度是與雅敏光學(xué)平板(1)的入射面成45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測鈮酸鋰晶體發(fā)生疇反轉(zhuǎn)的裝置，其特征在于所述的第一圓形光楔(2)和第二圓形光楔(3)同軸相背放置，可分別或同步繞公共軸線轉(zhuǎn)動，以繞水平軸逆時針轉(zhuǎn)動為正，順時針轉(zhuǎn)動為負，轉(zhuǎn)動角度分別是θ1，-θ2，第三圓形光楔(4)和第四圓形光楔(5)同軸相背放置，可分別或同步繞其公共軸線轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角度分別是θ1，-θ2，一光束以沿水平線方向入射時，則出射光線的掃描角度δ＜＜1°，該掃描角度δ為δ=2(n-1)αcosθ1+θ22]]>其中n為光楔折射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測鈮酸鋰晶體發(fā)生疇反轉(zhuǎn)的裝置，其特征在于所述的觀察屏(9)上的干涉條紋的周期T與光束掃描角度δ有如下關(guān)系T=λ2sinδ≈λ2δ]]>其中λ為入射光波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測鈮酸鋰晶體發(fā)生疇反轉(zhuǎn)的裝置，其特征在于所述的觀察屏(9)的最佳條紋數(shù)為每毫米不超過10對。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的檢測鈮酸鋰晶體發(fā)生疇反轉(zhuǎn)的裝置，其特征在于所述的觀察屏(9)為一般觀察屏，或CCD探測器，或計算機顯示屏。
全文摘要
一種檢測鈮酸鋰晶體極化疇反轉(zhuǎn)的裝置，該裝置采用雅敏光學(xué)平板干涉儀結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成包括一塊雅敏輸入光學(xué)平行平板，四個楔角很小的圓形光楔，高壓輸出電源，LiNbO
文檔編號G06F19/00GK1869657SQ20061002794
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月21日
發(fā)明者朱勇建, 劉立人, 欒竹, 殷耀祖, 孫建鋒, 劉德安, 職亞楠, 曲偉娟 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所