激光诱导铁电晶体周期畴反转的装置制造方法及图纸

一种激光诱导铁电晶体周期畴反转的装置，该装置利用掩膜板实现畴反转的周期光照，同时利用石英窗和电解液电极施加外加极化电场，进而实现激光诱导铁电晶体畴反转。主要用于微米和亚微米量级的微观尺度上，制备精细结构的铁电晶体周期反转畴。本发明专利技术能降低其铁电畴的极化反转电场，制备结构更完美的周期畴，有利于制作更为精细、复杂的全光微结构器件，易于操作，尺寸精确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与铁电畴有关，特别是一种激光诱导铁电晶体周期畴反转的装置，主要用 于微米和亚微米量级的铁电晶体畴反转，在微观尺度上实现铁电晶体周期畴结构，以应用 于准相位匹配非线性光学和新型光学器件等诸多重要领域。
技术介绍
铌酸锂晶体的铁电畴已广泛应用于非线性光学、新光学器件等诸多领域。随着非 线性铁电材料的未来发展，例如一阶准相位匹配紫外二次谐波的产生、电光布拉格光栅和 光子晶体等，都需要亚微米和纳米量级的周期反转畴。目前采用激光诱导的方法可以实现铁电晶体畴反转职亚楠、刘德安、曲伟娟、周 煜、刘立人、杭寅，紫外激光诱导近化学计量比钽酸锂晶体铁电畴反转，光学学报，27 (12)， 2007，利用石英液体电极提供均勻的外加电场，并允许在加电场的同时进行激光辐照；直 流高压电源提供畴反转所需的外电场；利用马赫-曾德干涉光路实现数字全息干涉测量。 连续激光聚焦在晶体样品的ζ表面，在激光辐照的同时沿晶体自发极化相反的方向施加均 勻的外电场，在外电场与激光辐照场的共同作用下，辐照区域晶体的极性逐渐发生反转。该 方法实现了激光辐照区域畴反转，反转畴的形状为聚焦光斑形状，是诱导点的畴反转，未实 现周期结构畴反转。外加电场周期极化法，采用外加电场的方法实现铁电晶体畴周期极化，其极化电 场过大，限制了晶体的极化厚度和器件的均勻性，得到的反转畴体的尺寸被限制在几个微 米左右，无法满足准相位匹配等技术发展的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服以上现有技术的不足，提供一种激光诱导铁电晶体周期畴 反转的装置。该装置应解决制备微米和亚微米量级的精细周期畴结构问题，降低铁电畴的 极化反转电场，以制备结构更完美的周期畴，有利于制作更为精细、复杂的全光微结构器 件，易于操作，尺寸精确，无破坏。本专利技术的具体技术解决方案如下—种激光诱导铁电晶体周期畴反转的装置，包括诱导光源装置和极化装置，其特 *izti J *所述的极化装置是在铁电晶体样品的两面对称地分别设置0型橡胶环和中间具 有电解液腔和石英窗的有机玻璃夹具，并通过所述的有机玻璃夹具四周的螺栓孔用螺栓将 所述的有机玻璃夹具夹紧固定所述的0型橡胶环和铁电晶体样品，并保证两个石英窗表面 与铁电晶体样品的表面平行，所述的石英窗、0型橡胶环和铁电晶体样品同轴，将电解液通 过所述的有机玻璃夹具的注液通道注满所述的电解液腔、注液通道和0型橡胶环，高压直 流电源的一极插入一块有机玻璃夹具注液通道，另一极通过降压电阻和电流表插入另一块 有机玻璃夹具的注液通道中；所述的铁电晶体样品的激光辐照面具有周期性微结构掩膜；所述的诱导光源装置由诱导光源、滤波器、平行光管和凸透镜构成，其位置关系 是所述的诱导光源发出的诱导激光依次经过所述的滤波器、平行光管和凸透镜聚焦后，通 过所述的石英窗口、电解液和所述的铁电晶体样品表面的掩膜板，诱导激光周期性地辐照 所述的铁电晶体样品，同时所述的高压直流电源通过所述的电解液为所述的铁电晶体样品 提供极化电场，使所述的铁电晶体样品产生周期畴反转。所述的铁电晶体样品激光辐照表面的掩膜是根据产生周期畴的结构需要而通过 光刻工艺在铁电晶体样品表面刻蚀出的周期性栅格微结构具有不同间距的条状周期性性 微结构、或不同间距的六角形、圆形、方形的周期性栅格微结构。本专利技术的技术效果本专利技术利用掩膜板实现畴反转的周期结构；利用石英窗和电解液电极实现了外加 极化电场的同时进行激光辐照，可以实现微米和亚微米量级的铁电晶体周期畴反转，并且 降低了铁电畴的极化反转电场，可以制备更完美的周期畴结构。附图说明图1、图2、图3、图4为本专利技术的掩膜板的结构示意图。图5为本专利技术的极化装置实施例中有机玻璃夹具的结构示意图的侧面图。图6为本专利技术的极化装置中有机玻璃夹具的结构示意图的剖面图。图7为本专利技术的极化装置的结构示意图。图8为本专利技术激光诱导铁电晶体周期畴反转装置结构示意图。图中1_有机玻璃夹具；101-螺栓孔；102-石英窗；103-电解液腔；104-注液通 道；2-0型橡胶环；3-铁电晶体样品；4-电阻；5-高压直流电源；6-微安电流表；7-诱导光 源；8-滤波器；9-平行光管；10-凸透镜或显微物镜。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术的激光诱导铁电晶体周期畴反转装置作进一步 说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。先请参阅图8，图8是本专利技术的激光诱导铁电晶体周期畴反转装置示意图，由图可 见，本专利技术激光诱导铁电晶体周期畴反转的装置，包括诱导光源装置和极化装置，其特点在 于所述的极化装置是在铁电晶体样品3的两面对称地分别设置0型橡胶环2和中间 具有电解液腔103和石英窗102的有机玻璃夹具1，本实施例中的有机玻璃夹具1使有机玻 璃夹具，并通过该有机玻璃夹具1四周的螺栓孔101用螺栓将所述的有机玻璃夹具1夹紧 固定所述的0型橡胶环2和铁电晶体样品3，并保证两个石英窗表面与铁电晶体样品3的表 面平行，所述的石英窗102、0型橡胶环2和铁电晶体样品3同轴；将电解液通过所述的有机玻璃夹具1的注液通道104注满所述的电解液腔103、 注液通道104和0型橡胶环2，高压直流电源5的一极插入一块有机玻璃夹具1注液通道 104，另一极通过降压电阻4和电流表6插入另一块有机玻璃夹具1的注液通道104中构成 极化电路；所述的铁电晶体样品3的激光辐照面具有周期性微结构掩膜；所述的诱导光源装置由诱导光源7、滤波器8、平行光管9和凸透镜10构成，其位 置关系是所述的诱导光源7发出的诱导激光依次经过所述的滤波器8、平行光管9和凸透 镜10聚焦后，通过所述的石英窗口 102、电解液和所述的铁电晶体样品3表面的掩膜板，诱 导激光周期性地辐照所述的铁电晶体样品3，同时所述的高压直流电源5通过所述的电解 液为所述的铁电晶体样品3提供极化电场，使所述的铁电晶体样品3产生周期畴反转。所述的铁电晶体样品3激光辐照表面的掩膜是根据产生周期畴的结构需要而通 过光刻工艺在铁电晶体样品3表面刻蚀出的周期性栅格微结构具有不同间距的条状周期 性性微结构、或不同间距的六角形、圆形、方形的周期性栅格微结构。图1、图2、图3、图4， 为本专利技术的掩膜板四个实施例的示意图。图7为本专利技术的极化装置，参见图6和图5，铁电晶体样品3沿晶体的光轴方向(ζ 方向)垂直切割，双面抛光，被夹在两面对称地设置0型橡胶环2和有机玻璃夹具1之间， 两个石英窗102表面与铁电晶体样品3表面平行。通过注液通道104分别向铁电晶体样品 3两侧的电解液腔103及0型环2内注入电解液，并使之充满整个注液通道104、电解液腔 103和0型环2，确保电解液内无气泡，电解液无泄漏。诱导光源7发出的一定波长和功率的诱导光依次经过所述的滤波器8、平行光管 9、凸透镜10和石英窗102后，正入射并聚焦在铁电晶体样品3表面的周期性微结构掩膜对 所述的铁电晶体样品3形成非均勻的周期性辐照，同时高压直流电源5透过电解液提供所 需的极化电场。从零电压开始，采取逐渐升高电压的方法，电压升高速率约为lOv/s。铁电 晶体样品3激光辐照的同时施加外电场，使铁电晶体样品产生周期极化，实现周期结构畴 反转。通过微安表实时检测晶体畴反转过程中瞬态极化电流变化，极化电流的出现可以指 示畴反转的发生。权利要求一种激光诱导铁电晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光诱导铁电晶体周期畴反转的装置，构成包括诱导光源装置和极化装置，其特征在于：所述的极化装置是在铁电晶体样品（３）的两面对称地分别设置Ｏ型橡胶环（２）和中间具有电解液腔（１０３）和石英窗（１０２）的有机玻璃夹具（１），通过所述的有机玻璃夹具（１）四周的螺栓孔（１０１）用螺栓将所述的有机玻璃夹具（１）夹紧固定所述的Ｏ型橡胶环（２）和铁电晶体样品（３），保证两个石英窗表面与铁电晶体样品（３）的表面平行，所述的石英窗（１０２）、Ｏ型橡胶环（２）和铁电晶体样品（３）同轴，将电解液通过所述的有机玻璃夹具（１）的注液通道（１０４）注满所述的电解液腔（１０３）、注液通道（１０４）和Ｏ型橡胶环（２）；高压直流电源（５）的一极插入一块有机玻璃夹具（１）注液通道（１０４），另一极通过降压电阻（４）和电流表（６）插入另一块有机玻璃夹具（１）的注液通道（１０４）中形成极化电路；所述的铁电晶体样品（３）的激光辐照面具有周期性微结构掩膜；所述的诱导光源装置由诱导光源（７）、滤波器（８）、平行光管（９）和凸透镜（１０）构成，其位置关系是：所述的诱导光源（７）发出的诱导激光依次经过所述的滤波器（８）、平行光管（９）和凸透镜（１０）聚焦后，通过所述的石英窗（１０２）、电解液和所述的铁电晶体样品（３）表面的掩膜板，诱导激光周期性地辐照所述的铁电晶体样品（３），同时所述的高压直流电源（５）通过所述的电解液为所述的铁电晶体样品（３）提供极化电场，使所述的铁电晶体样品（３）产生周期畴反转。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯培培，职亚楠，孙建锋，刘立人，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]