【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铁电体材料领域，尤其涉及一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法。
技术介绍
1、铁电体是某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化，而且其自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向，晶体的这种性质称为铁电性，具有铁电性的晶体称为铁电体。铁电体在压电、介电、热释电、电光及非线性光学等方面有许多应用。具有铁电性的材料种类很多，有单晶、多晶、无机和有机等。铁电型的光学晶体主要有铌酸锂(linbo3)、钽酸锂(litao3)、磷酸钛氧钾(ktiopo4)等。这些光学晶体具有非线性光学效应、电光效应、反常光生伏打效应和光折变效应。以电光效应来说，最重要的应用领域是信息产业，采用电光晶体构成的高速电光调制器广泛应用于光通信行业；以非线性光学效应来说，最重要的应用领域是激光频率变换，例如在激光加工领域大量采用的绿光激光器，是通过倍频效应将红外激光转换成为532nm激光。
2、这些铁电光学晶体在使用时，需要使激光穿过晶体，才能产生作用，特别是在一些高功率的应用中，高强度的激光容易引发热透镜、光折变等效应，使激光在晶体中的形状发生变化，不能保持原有的形状，进而影响在使用过程中的转换效率，甚至产生晶体损伤、碎裂等不可逆转的破坏。并且，铁电体晶体材料的本征光学质量越好，杂质越少，非线性效率越高，光折变效应就越明显。例如，在高功率的光参量振荡器中，聚焦的1064nm泵浦激光在周期极化铌酸锂晶体(ppln)中很容易发生自聚焦、光斑变形，影响腔内振荡激光，使得输出激光功率不稳定，影响更高功率输出；在非线性的波导当中，例如质子
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法。采用短波长的蓝紫光/紫外光照射的方法，将蓝紫光/紫外光光源与铁电晶体材料进行集成封装，消除铁电晶体中的光折变效应。通过对铁电体材料进行封装，降低激光在铁电晶体中传输时产生的光折变效应。
2、技术方案：本专利技术的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，在铁电体晶体表面制备波导，波导通过光纤耦合方式引入主激光，采用短波长的蓝紫光或紫外光作为辅助光源，将辅助光源与铁电体晶体进行集成封装，通过辅助光源照射铁电体晶体；所述集成封装包括以下两种封装方法：一、保持辅助光照射与主激光传输方向同轴；二、保持辅助光照射与主激光传输方向垂直。
3、进一步的，所述铁电体晶体包括铌酸锂linbo3、钽酸锂litao3、磷酸钛氧钾ktiopo4。
4、进一步的，所述辅助光源的波长在300nm-500nm之间，包括蓝光/紫外发光二极管led、蓝光/紫外氙灯、蓝光/紫外卤素灯或固体激光。
5、进一步的，所述保持辅助光照射与主激光传输方向同轴，用于铁电体材料中存在波导的情况中，通过在铁电体材料表面制备光栅、耦合棱镜的方法将蓝紫光耦合进入主激光光束传输波导之中，具体为：辅助光与主激光同轴传输的耦合方法包括：表面微结构加工方法、单个/多个倏逝波耦合棱镜法以及单根/多根倏逝波耦合光纤法。
6、进一步的，所述表面微结构加工方法包括位相光栅、强度光栅、介电体二元光学结构、表面等离激元；所述单个/多个倏逝波耦合棱镜法包括高折射率材料如金红石、钻石、锆石、蓝宝石、石英晶体、玻璃材料；所述单根/多根倏逝波耦合光纤法包括英晶体、玻璃材料。
7、进一步的，通过在铁电体材料表面制备光栅、耦合棱镜的方法，具体为：采用辅助光源沿直线排列，通过辅助光源前加装的透镜对辅助光进行聚焦，使其聚焦照射在铁电体晶体波导表面，电体晶体波导表面通过刻蚀方式加工成为位相布拉格光栅，将垂直入射的辅助光耦合入波导当中；
8、根据位相型布拉格光栅的光栅耦合条件其中为波导中传输的波矢，为m级衍射波，为光栅周期对应的光栅矢量，光栅的有效折射率根据neff＝dc·n1+(1-dc)·n2，其中dc代表占空比，n1代表未刻蚀部分波导的有效折射率，n2代表刻蚀部分波导的有效折射率，则光栅的有效折射率neff＝2.275，设光栅周期λ为500nm时，然后根据第一个公式计算出最后根据1级衍射级次对应的入射角其中为晶体中的本征波矢，计算出入射角θ为39.5度；
9、根据上述计算，在折射率光栅周期为500nm时，辅助光源及聚焦透镜的角度为39.5度，使多数入射光经光栅耦合后转化为1级衍射光进入波导。
10、进一步的，所述光栅、耦合棱镜与铁电体晶体之间采用键合、沉积、溅射的方法加工倏逝波耦合层，辅助耦合元件与铁电材料之间的耦合波传输。
11、进一步的，所述保持辅助光照射与主激光传输方向垂直，用于难于进行耦合同轴传输的情况中，通过在材料外部封装特定结构设计的辅助光光源，将辅助光聚焦于主激光传输位置，具体为：辅助光与主激光垂直传输的耦合方法包括：采用透镜、非球面镜的方式、采用单点/多点式光源，线光源，面光源。
12、进一步的，所述采用透镜、非球面镜的方式为：透镜的构成材料包括石英、玻璃、聚合物、塑料；还可采用微加工工艺制备位相光栅、强度光栅、介电体二元光学结构、表面等离激元；所述采用单点/多点式光源，线光源，面光源为：在采用多点式光源时，多个点光源的排列应该沿主激光传输方向，以一定间隔排列；在采用线光源时，使线光源的方向与主激光传输方向平行；在采用点光源、线光源和面光源时，采用聚焦方式将上述光源进行聚焦，使辅助光主要辐照主激光传输区域。
13、进一步的，辅助光源与铁电体晶体的封装后还具有主激光的传输光学窗口，辅助光源的供电接口、铁电体晶体和辅助光源的温控散热电学接口；还具有风冷、液冷、接触传热的温控散热结构。
14、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
15、目前减弱铁电晶体中光折变的方法主要有掺杂离子增加电导率，升高温度(一般为100多度)提高电导率。在采用上述方法之后，在高强度激光的照射下，仍然会存在光折变现象，目前还没有其他方法能够对上述现象进行处理。而本专利提出的采用蓝光照射的方法，可以在这种情况下有效的减弱光折变现象，从而使铁电晶体更适合于工作在高强度激光照射下。
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1.一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，在铁电体晶体表面制备波导，波导通过光纤耦合方式引入主激光，其特征在于，采用短波长的蓝紫光或紫外光作为辅助光源，将辅助光源与铁电体晶体进行集成封装，通过辅助光源照射铁电体晶体；所述集成封装包括以下两种封装方法：一、保持辅助光照射与主激光传输方向同轴；二、保持辅助光照射与主激光传输方向垂直。
2.根据权利要求1所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，所述铁电体晶体包括铌酸锂LiNbO3、钽酸锂LiTaO3和磷酸钛氧钾KTiOPO4。
3.根据权利要求1所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，所述辅助光源的波长在300nm-500nm之间，包括蓝光/紫外发光二极管LED、蓝光/紫外氙灯、蓝光/紫外卤素灯或固体激光。
4.根据权利要求1所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，所述保持辅助光照射与主激光传输方向同轴，用于铁电体材料中存在波导的情况中，通过在铁电体材料表面制备光栅、耦合棱镜的方法将蓝紫光耦合进入主
5.根据权利要求4所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，所述表面微结构加工方法包括位相光栅、强度光栅、介电体二元光学结构、表面等离激元；所述单个/多个倏逝波耦合棱镜法包括高折射率材料如金红石、钻石、锆石、蓝宝石、石英晶体、玻璃材料；所述单根/多根倏逝波耦合光纤法包括英晶体、玻璃材料。
6.根据权利要求4所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，通过在铁电体材料表面制备光栅、耦合棱镜的方法，具体为：采用辅助光源沿直线排列，通过辅助光源前加装的透镜对辅助光进行聚焦，使其聚焦照射在铁电体晶体波导表面，电体晶体波导表面通过刻蚀方式加工成为位相布拉格光栅，将垂直入射的辅助光耦合入波导当中；
7.根据权利要求4所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，所述光栅、耦合棱镜与铁电体晶体之间采用键合、沉积、溅射的方法加工倏逝波耦合层，辅助耦合元件与铁电材料之间的耦合波传输。
8.根据权利要求1所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，所述保持辅助光照射与主激光传输方向垂直，用于难于进行耦合同轴传输的情况中，通过在材料外部封装特定结构设计的辅助光光源，将辅助光聚焦于主激光传输位置，具体为：辅助光与主激光垂直传输的耦合方法包括：采用透镜、非球面镜的方式以及采用单点/多点式光源、线光源、面光源。
9.根据权利要求8所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，所述采用透镜、非球面镜的方式为：透镜的构成材料包括石英、玻璃、聚合物、塑料；还可采用微加工工艺制备位相光栅、强度光栅、介电体二元光学结构、表面等离激元；所述采用单点/多点式光源、线光源、面光源为：在采用多点式光源时，多个点光源的排列应该沿主激光传输方向，以一定间隔排列；在采用线光源时，使线光源的方向与主激光传输方向平行；在采用点光源、线光源和面光源时，采用聚焦方式将上述光源进行聚焦，使辅助光主要辐照主激光传输区域。
10.根据权利要求1所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，辅助光源与铁电体晶体的封装后还具有主激光的传输光学窗口，辅助光源的供电接口、铁电体晶体和辅助光源的温控散热电学接口；还具有风冷、液冷、接触传热的温控散热结构。
...【技术特征摘要】
1.一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，在铁电体晶体表面制备波导，波导通过光纤耦合方式引入主激光，其特征在于，采用短波长的蓝紫光或紫外光作为辅助光源，将辅助光源与铁电体晶体进行集成封装，通过辅助光源照射铁电体晶体；所述集成封装包括以下两种封装方法：一、保持辅助光照射与主激光传输方向同轴；二、保持辅助光照射与主激光传输方向垂直。
2.根据权利要求1所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，所述铁电体晶体包括铌酸锂linbo3、钽酸锂litao3和磷酸钛氧钾ktiopo4。
3.根据权利要求1所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，所述辅助光源的波长在300nm-500nm之间，包括蓝光/紫外发光二极管led、蓝光/紫外氙灯、蓝光/紫外卤素灯或固体激光。
4.根据权利要求1所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，所述保持辅助光照射与主激光传输方向同轴，用于铁电体材料中存在波导的情况中，通过在铁电体材料表面制备光栅、耦合棱镜的方法将蓝紫光耦合进入主激光光束传输波导之中，具体为：辅助光与主激光同轴传输的耦合方法包括：表面微结构加工方法、单个/多个倏逝波耦合棱镜法以及单根/多根倏逝波耦合光纤法。
5.根据权利要求4所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，所述表面微结构加工方法包括位相光栅、强度光栅、介电体二元光学结构、表面等离激元；所述单个/多个倏逝波耦合棱镜法包括高折射率材料如金红石、钻石、锆石、蓝宝石、石英晶体、玻璃材料；所述单根/多根倏逝波耦合光纤法包括英晶体、玻璃材料。
6.根据权利要求4所述的一种基于辅助光源封装的铁电体晶体光折变效应消除方法，其特征在于，通过在铁电体材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹志军，崔国新，包晓清，叶志霖，汤济，许家荣，沈厚军，吕新杰，许启诚，
申请(专利权)人：南京南智先进光电集成技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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