CN101887203A - 激光干涉诱导铁电晶体周期畴反转的装置 - Google Patents
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Abstract
一种激光干涉诱导铁电晶体周期畴反转的装置，该装置利用两束光干涉的方法实现周期结构，利用石英窗和电解液电极实现极化电场的同时进行激光相干辐照，从而实现激光诱导周期畴反转。可用于微米和亚微米量级的微观尺度上，精细结构的铁电晶体周期畴反转，有利于制作更为精细、复杂的全光微结构器件，可广泛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。本发明适用于多种波长的诱导光，不受诱导光源和掩膜板尺寸的限制，能极大地降低其铁电畴的极化反转电场，制备更灵活、更完美的周期结构，易于操作，尺寸精确，原理可靠，无破坏。
Description
技术领域
本发明与铁电畴有关，特别是一种激光干涉诱导铁电晶体周期畴反转的装置，适用于多种波长的诱导光，不受诱导光源、掩膜板尺寸的限制，能有效的降低极化反转电场，用于微米和亚微米量级的微观尺度上精细结构的铁电晶体周期畴反转，有利于制作更为精细、复杂的全光微结构器件，从而广泛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。
背景技术
周期性极化铌酸锂晶体已广泛应用于激光倍频、光参量振荡等非线性光学以及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匀的外加电场，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的表面，在激光辐照的同时沿与晶体自发极化相反的方向施加均匀外电场。在外电场与激光辐照场的共同作用下，辐照区域逐渐发生畴反转。其仅限于激光诱导点发生畴反转，未实现周期结构畴反转。
超强超快激光可以实现周期性畴反转【姜本学，赵志伟，潘守夔，徐军，实现LiNbO3晶体畴反转的方法，发明，申请号200410025630.0】，该非线性光学晶体的周期性畴反转结构是沿LiNbO3的极化方向，在两束超强超快激光相互干涉形成干涉条纹下制成的。该方法受诱导光和材料破坏阈值的限制，仅适用于超强超快激光实现晶体畴反转，且容易造成材料表面破坏。
外加电场周期极化法，直接用外加电场的方法实现铁电晶体周期畴反转，其需要的极化电场过大，限制了晶体的极化厚度和器件的均匀性，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的发展要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种激光干涉诱导铁电晶体周期畴反转装置。它利用两束光干涉的方法实现激光诱导铁电晶体周期结构畴反转。解决制备微米和亚微米量级的周期畴结构问题；适合于多种波长诱导铁电晶体周期畴反转，不受诱导光、掩膜板的限制；有利于降低铁电畴的极化反转电场，增大晶体极化厚度，扩大通光孔径，提高准相位匹配光频变换器件的输出功率。本发明能极大地降低其铁电畴的极化反转电场，使周期畴结构更完美，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。
本发明的具体技术解决方案如下：
一种激光干涉诱导铁电晶体周期畴反转装置，包括诱导光源装置和极化装置，其特点在于：
所述的极化装置的构成是在铁电晶体样品两面分别设置O型橡胶环和中间具有电解液腔和石英窗的有机玻璃夹具，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O型橡胶环和铁电晶体样品，保证两个石英窗表面与铁电晶体样品的表面平行，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、O型橡胶环和注液通道；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注液通道中形成极化电路；
所述的诱导光源装置由诱导光源、滤波器、平行光管、凸透镜、分光棱镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜构成，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、凸透镜入射到所述的分光棱镜，所述的诱导光经所述的分光棱镜分成强度近乎相等的两束光，分别经第一平面反射镜和第二平面反射镜反射后对称地通过石英窗在所述的铁电晶体样品的表面并产生干涉，在诱导光相干辐照的同时，所述的高压直流电源通过所述的极化电路为所述的铁电晶体样品提供极化电场，周期地极化铁电晶体，使所述的铁电晶体样品产生周期畴反转。
所述的诱导光的波长在近紫外-近红外范围内。
所述的极化装置构成方式为：首先将任意一块有机玻璃夹具平放，将一个O型环置于该有机玻璃夹具上，环住该有机玻璃夹具的石英窗，铁电晶体样品置于该O型环上，在该铁电晶体样品的上表面叠放另一个O型环，使之与下表面的O型环位置对称，再将另一块有机玻璃夹具置于最上层，放好后，通过有机玻璃夹具的四角螺栓孔用螺栓固定，使上下两块有机玻璃夹具夹紧，保证两个石英窗的表面与铁电晶体样品的表面平行。通过注液通道分别向铁电晶体样品两侧的O型环及电解液腔内注入电解液，使之充满整个O型环、电解液腔和注液通道，确保电解液内无气泡，电解液无泄漏。将高压直流电源通过极化电路，对铁电晶体的提供所需的极化电场。
改变诱导光的入射角，设置相干条纹的间距。
本发明的技术效果：
1、本发明通过两束光干涉的方法能够实现微米和亚微米量级的激光诱导铁电晶体周期畴反转，
2、本发明能极大地降低其铁电畴的极化反转电场，使周期畴结构更完美，有利于增大晶体极化厚度，扩大通光孔径，提高准相位匹配光频变换器件的输出功率。
3、适用于多种波长的诱导光，不受诱导光波长的限制；
4、可以在周期极化晶体上设置多种相干条纹的间距，不受掩膜板尺寸的限制。
附图说明
图1为本发明的极化装置中有机玻璃夹具的结构示意图的侧面图。
图2为本发明的极化装置中有机玻璃夹具的结构示意图的剖面图。
图3为本发明的极化装置的结构示意图。
图4为本发明激光干涉诱导晶体周期畴反转装置的结构示意图。
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-O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；11-分光棱镜；12-平面反射镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的激光干涉诱导铁电晶体周期畴反转装置作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图4，图4为本发明的激光干涉诱导铁电晶体周期畴反转装置，由图可见，本发明激光干涉诱导铁电晶体周期畴反转装置，包括诱导光源装置和极化装置，其特点在于：
所述的极化装置的构成是在铁电晶体样品3两面分别设置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102表面与铁电晶体样品3的表面平行，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、O型橡胶环2和注液通道104；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注液通道104中形成极化电路；
所述的诱导光源装置由诱导光源7、滤波器8、平行光管9、凸透镜10、分光棱镜11、第一平面反射镜12和第二平面反射镜12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、凸透镜10入射分光棱镜11，所述的诱导光经所述的分光棱镜11分成强度近乎相等的两束光，分别经第一平面反射镜和第二平面反射镜反射后对称地通过石英窗102照射在所述的铁电晶体样品3的表面并产生干涉，在诱导光相干辐照的同时，所述的高压直流电源5通过所述的极化电路为所述的铁电晶体样品3提供极化电场，周期地极化铁电晶体，使所述的铁电晶体样品3产生周期畴反转。
所述的第一平面反射镜和第二平面反射镜具有相对位置的调节机构，以改变两相干光束对所述的铁电晶体样品3的入射角。
先请参阅图3，图3为本发明的极化装置，其特征在于液体电极提供外加电场的同时进行激光辐照的极化方法。所述的铁电晶体样品3是沿晶体光轴方向(Z方向)垂直切割的双面抛光晶体被夹在极化装置中，两个石英窗102表面与样品3表面平行。通过注液通道104分别向样品3两侧的O型环2及电解液腔103内注入电解液，使之充满整个O型环2、电解液腔103及注液通道104，确保电解液内无气泡，电解液无泄漏。
诱导光源7输出的一定波长和功率的诱导光依次经过滤波器8、平行光管9、凸透镜10、分光棱镜11后，分成强度近乎相等的两束光，分别经第一平面镜12和第二平面镜12反射后对称地通过石英窗102入射并在铁电晶体样品3的表面产生干涉，改变诱导光的入射角，可以设置干涉条纹的间距。激光辐照的同时高压直流电源5通过极化电路，对所述的铁电晶体样品3提供所需的均匀外电场。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10v/s，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。铁电晶体样品被极化，实现了畴的周期性反转。
Claims (3)
1.一种激光干涉诱导铁电晶体周期畴反转装置，包括诱导光源装置和极化装置，其特征在于：
所述的极化装置的构成是在铁电晶体样品(3)两面分别设置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)并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)，并保证两个石英窗表面与铁电晶体样品(3)的表面平行，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)、O型橡胶环(2)和注液通道(104)；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)注液通道(104)中形成极化电路；
所述的诱导光源装置由诱导光源(7)、滤波器(8)、平行光管(9)、凸透镜(10)、分光棱镜(11)、第一平面反射镜(12)和第二平面反射镜(12)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)、凸透镜(10)入射分光棱镜(11)，所述的诱导光经所述的分光棱镜(11)分成强度近乎相等的两束光，分别经第一平面反射镜和第二平面反射镜反射后对称地通过石英窗(102)照射在所述的铁电晶体样品(3)的表面并产生干涉，在诱导光相干辐照的同时，所述的高压直流电源(5)通过所述的极化电路为所述的铁电晶体样品(3)提供极化电场，周期地极化铁电晶体，使所述的铁电晶体样品(3)产生周期畴反转。
2.根据权利要求1所述的激光干涉诱导铁电晶体周期畴反转装置其特征在于：所述的诱导光源(7)的波长在近紫外-近红外范围内选取。
3.根据权利要求1所述的激光干涉诱导铁电晶体周期畴反转装置其特征在于：所述的第一平面反射镜和第二平面反射镜具有相对位置的调节机构，以改变两相干光束对所述的铁电晶体样品(3)的入射角。
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