CN102436114B - 一种对铁电晶体材料进行极化的极化电极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对铁电晶体材料进行极化的极化电极，用于制备出小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，该极化电极包括：梳状光栅极化电极，具有多个梳状的光栅电极条；以及设置于该梳状光栅极化电极的光栅电极条之间的、宽度小于该光栅电极条间距的条状矩形电极。利用本发明，解决了利用外加电场极化方式来制备小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体材料的问题，实现了对周期小于5μm的小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体材料的周期极化，能够制备出小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体。
Description
技术领域
本发明涉及铁电晶体材料的后处理技术领域，尤其涉及一种对铁电晶体材料进行极化的极化电极。
背景技术
准相位匹配(QPM)技术是通过对晶体非线性极化率的周期性调制来补偿由于折射率色散造成的相互作用的光波之间的相位失配，以获得非线性光学效应的增强，即利用非线性极化率的周期跃变来实现非线性光学频率变换效率的增强。而采用何种方法对铁电晶体材料进行极化是制备周期性反转铁电晶体的关键，特别是采用何种方法对铁电晶体材料进行极化进而制备出小周期的周期性反转铁电晶体是国内外研究的热点之一，周期性反转铁电晶体是非线性倍频、和频、差频、光学参量振荡应用的必需材料，广泛应用于军事，激光，航天等技术领域。
根据文献1：“M.Yamada，N.Nada，M.Saitoh，and K.Watanabe，Appl.Phys.Lett.，1993(62)：435”、文献2：“Shi-ning Zhu，Yong-yuan Zhu，Zhi-yongZhang，Hong Shu，and Hai-feng Wang，Jing-fen Hong，and Chuan-zhen Ge，J.Appl.Phys.1995(77)：1995”中公开报道的方法，利用外加脉冲电场可使铌酸锂或钽酸锂晶体实现周期性极化。但是考虑到极化过程中铁电畴横向生长的合并，极化光栅电极的设计是尤其重要的。
利用周期极化反转晶体，即铁电畴反转光栅，进行准相位匹配，是近些年发展很快的变频技术中采用的新技术，用其制成的准相位匹配器件在光通信、光盘的读写、激光医疗等领域都有着广泛的应用。1962年，Bloembergen等提出了这样的设想：如果能够在一维线度上对一材料的非线性极化率进行空间调制，使周期恰为入射光相干长度的2倍，则不论材料本身是否可以实现相位匹配，均可以利用这一空间调制实现相位匹配。这一设想可以在非双折射晶体以及具有不能相位匹配非线性光学系数的双折射非线性晶体中实现，并能产生一系列重要的光学效应和声学效应。
自从这一设想提出，如何制备出这种具有空间调制周期结构的新型非线性光学材料进而实现准相位匹配，许多人都做了很大的努力。早期报道过利用GaAs片、石英片及LN片实现了准相位匹配，但片数很少；还利用MBE生长了GaAs-ALGaAs孪晶，但对其周期都无法进行严格控制，故这一设想并未能实现。由于受到制备方法的限制，实验上的实现要晚的多。
到目前为止，大周期尺寸的极化方法已趋于成熟，但是碍于铌酸锂晶体生长的均匀性以及外加电场极化方法的限制，对周期小于5μm的小周期铁电晶体材料进行周期极化还很难实现，因此，本发明通过优化设计极化电极来突破利用外加电场极化方式来制备小周期铁电晶体材料的限制，实现对周期小于5μm的小周期周期性反转铁电晶体材料的周期极化。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种对铁电晶体材料进行极化的极化电极，以解决利用外加电场极化方式来制备小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体材料的问题，实现对周期小于5μm的小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体材料的周期极化。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种对铁电晶体材料进行极化的极化电极，用于制备出小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，该极化电极包括：
梳状光栅极化电极，具有多个梳状的光栅电极条；以及
设置于该梳状光栅极化电极的光栅电极条之间的、宽度小于该光栅电极条间距的条状矩形电极。
上述方案中，所述小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，采用的铁电晶体材料为铌酸锂、钽酸锂或磷酸氧钛钾(KTP)。
上述方案中，所述小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，小周期是微米量级，小于5微米。
上述方案中，所述小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，其铁电畴方向呈周期性变化。
上述方案中，所述梳状光栅极化电极采用Al电极、Cr电极或合金电极。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种对铁电晶体材料进行极化的极化电极，由于能够实现小周期或准周期的周期性极化畴反转，解决极化过程中铁电畴横向生长合并问题，制备出了小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，因此解决了利用外加电场极化方式来制备小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体材料的问题，实现了对周期小于5μm的小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体材料的周期极化。
2、本发明提供的这种对铁电晶体材料进行极化的极化电极，对任意铁电材料都能够实现。
3、本发明提供的这种对铁电晶体材料进行极化的极化电极，由于光刻工艺的成熟，易于实现。
附图说明
图1为本发明提供的对铁电晶体材料进行极化的装置的示意图。
图2为对图1中铁电晶体样品进行极化后铁电晶体与光栅金属电极连接的平视图。
图3为本发明提供的对铁电晶体材料进行极化的极化电极的俯视图。
图4为高压电场极化后的铁电晶体畴反转的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的对铁电晶体材料进行极化的极化电极，用于制备出小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，该极化电极包括：梳状光栅极化电极，具有多个梳状的光栅电极条，如图3中的第一部分所示；以及设置于该梳状光栅极化电极的光栅电极条之间的、宽度小于该光栅电极条间距的条状矩形电极，如图3中的第二部分所示。
其中，所述小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，采用的铁电晶体材料为铌酸锂、钽酸锂、磷酸氧钛钾(KTP)或其它铁电晶体材料。所述小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，小周期是微米量级，小于5微米。所述小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，其铁电畴方向呈周期性变化。所述梳状光栅极化电极采用Al电极、Cr电极、合金电极或其它导电金属电极或导电非金属电极。
如图1所示，图1为本发明提供的对铁电晶体材料进行极化的极化装置的示意图，函数信号发生器发出所需要的任意波形脉冲，经过信号放大器放大脉冲信号并施加在铁电晶体样品上，示波器检测施加的脉冲信号电压及通过电阻R的电流波形。
如图2所示，图2为对图1中铁电晶体样品进行极化后铁电晶体与光栅金属电极连接的平视图，铁电晶体表面是光刻后的光栅金属电极。
如图3所示，图3为图2中所述的对铁电晶体材料进行极化的极化电极的俯视图，极化过程中使任意脉冲波形连接至图3中极化电极的第一部分。
图4为高压电场极化后的铁电晶体畴反转的示意图。
图2中所述的极化电极中的第一部分光栅周期从4μm到几十个μm均可。
基于图2和图3所述的这种对铁电晶体进行极化的极化电极，以下结合具体的实施例对本发明提供的对铁电晶体进行极化的极化电极进行进一步详细说明。
实施例
本实例中，通过此种极化电极得到周期为4.2μm的周期极化铌酸锂晶体，适用于波长为850nm光波的倍频输出。
步骤1、先设计周期为4.2μm，电极宽度为1μm的梳状光栅极化电极，该梳状光栅极化电极具有多个梳状的光栅电极条，如图3中的第一部分所示。
步骤2、在步骤1的基础上设计条状矩形电极，如图3中的第二部分所示，该条状矩形电极设置于该梳状光栅极化电极的光栅电极条之间，宽度小于该光栅电极条间距。一般情况下，该条状矩形电极的宽度为1μm，位于步骤1中梳状光栅极化电极的光栅电极条之间，不与步骤1中的任何电极部分接触，该条状矩形电极两端面与步骤1中周期光栅电极水平部分相距2μm。
步骤3、在本实例中梳状光栅极化电极以及条状矩形电极的长度根据畴生长的规律以及实验所需而定。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种对铁电晶体材料进行极化的极化电极，用于制备出小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，其特征在于，该极化电极包括：
框状光栅极化电极，具有多个框状的光栅电极条；以及
设置于该框状光栅极化电极的光栅电极条之间的、宽度小于该光栅电极条间距的条状矩形电极，且该条状矩形电极不与该框状光栅极化电极接触。
2.根据权利要求1所述的对铁电晶体材料进行极化的极化电极，其特征在于，所述小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，采用的铁电晶体材料为铌酸锂、钽酸锂或磷酸氧钛钾(KTP)。
3.根据权利要求1所述的对铁电晶体材料进行极化的极化电极，其特征在于，所述小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，小周期是微米量级，小于5微米。
4.根据权利要求1所述的对铁电晶体材料进行极化的极化电极，其特征在于，所述小周期周期性和准周期周期性反转铁电晶体，其铁电畴方向呈周期性变化。
5.根据权利要求1所述的对铁电晶体材料进行极化的极化电极，其特征在于，所述框状光栅极化电极采用Al电极、Cr电极或合金电极。
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