CN103257508A - 铁电晶体材料的周期极化结构及其极化方法 - Google Patents

铁电晶体材料的周期极化结构及其极化方法 Download PDF

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颜博霞
王栋栋
毕勇
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Abstract

本发明公开了一种铁电晶体材料的周期极化结构及其极化方法，该周期极化结构包括：强电介质基板、第一电极和第二电极，其中，第一电极设置在强电介质基板的主表面上，第一电极包括电极条和多个第一电极指，多个第一电极指等间距地连接在电极条上；第二电极包括多个第二电极指，每一第二电极指设置在两相邻的第一电极指的中间位置，多个第二电极指相互孤立；其中，对铁电晶体材料极化时，对第一电极的电极条施加电场，第一电极在该电场的作用下极化反转，第二电极未施加电场，第二电极在第一电极的电场作用下极化反转。

Description

铁电晶体材料的周期极化结构及其极化方法
技术领域
本发明涉及铁电晶体材料领域，具体而言，涉及一种铁电晶体材料的周期极化结构及其极化方法。
背景技术
准相位匹配(Quasi Phase Match，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相位匹配，是非线性光学频率转换的一种重要技术，而外加电场极化是实现准相位匹配是一种有效而简便的方法。
外加电场极化法是指通过外加电场周期极化具有周期电极结构的铁电晶体。目前周期电极结构包括框形和梳形结构，如图1和图2所示。但框形和梳形的电极结构使得极化时畴壁的侧向扩张相互连接，导致这种非线性铁电材料的转换效率大大降低。
发明内容
本发明提供一种铁电晶体材料的周期极化结构及其极化方法，用以解决周期性极化晶体在极化过程中出现的横向合并问题，提高其非线性转换效率。
为达到上述目的，本发明提供了一种铁电晶体材料的周期极化结构，其包括：强电介质基板、第一电极和第二电极，其中
第一电极设置在强电介质基板的主表面上，第一电极包括电极条和多个第一电极指，多个第一电极指等间距地连接在电极条上；
第二电极包括多个第二电极指，每一第二电极指设置在两相邻的第一电极指的中间位置，多个第二电极指相互孤立；
其中，对铁电晶体材料极化时，对第一电极的电极条施加电场，第一电极在电场的作用下极化反转，第二电极未施加电场，第二电极在第一电极的电场作用下极化反转。
进一步地，施加在第一电极的电场为1.0-8.0KV/mm。
进一步地，铁电晶体材料的厚度为0.5-1mm。
进一步地，铁电晶体材料为铌酸锂晶体材料或钽酸锂晶体材料。
进一步地，铌酸锂晶体材料掺有氧化镁或氧化锌。
进一步地，第一电极的电极周期为2∧，∧是根据入射的基频光的波长的计算准相位匹配技术所需的周期。
进一步地，铁电晶体材料的周期为4-10μm。
为达到上述目的，本发明还提供了一种铁电晶体材料的周期极化结构的极化方法，周期极化结构包括强电介质基板、第一电极和第二电极，极化方法包括以下步骤：
对第一电极的电极条施加电场，第一电极在电场的作用下极化反转，其中，第一电极设置在强电介质基板的主表面上，第一电极包括电极条和多个第一电极指，多个第一电极指等间距地连接在电极条上；
第二电极在第一电极的电场作用下极化反转，其中，第二电极未施加电场，第二电极包括多个第二电极指，每一第二电极指设置在两相邻的第一电极指的中间位置，多个第二电极指间相互孤立。
上述实施例中，由于极化第二电极指的电场较小，大大减轻了第二电极指的侧向扩展现象，使得第二电极指不易与第一电极的电极指横向合并，占空比可以达到较佳的状态，较大地提高了周期极化结构的非线性转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为相关技术中铁电晶体材料的框形周期电极结构示意图；
图2为相关技术中铁电晶体材料的梳形周期电极结构示意图；
图3为本发明一实施例的铁电晶体材料的周期极化结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图3为本发明一实施例的铁电晶体材料的周期极化结构示意图；如图所示，该周期极化结构包括：强电介质基板、第一电极和第二电极，其中
第一电极设置在强电介质基板的主表面上，第一电极包括电极条和多个第一电极指，多个第一电极指等间距地连接在电极条上，形成周期性设置；
第二电极包括多个第二电极指，每一第二电极指设置在两相邻的第一电极指的中间位置(即在第一电极的每个周期中间设置第二电极)，多个第二电极指相互孤立；
其中，对铁电晶体材料极化时，对第一电极的电极条施加电场，第一电极在该电场的作用下极化反转，第二电极未施加电场，第二电极在第一电极的电场作用下极化反转(即实现第二电极极化反转的电场来自电极条上施加的电场及左右两边第一电极的电极指上的电场)。
本实施例中第一电极的电极周期是2∧，∧是根据入射的基频光的波长来计算QPM技术所需的周期。现有技术中梳形电极或者框形电极的电极周期均是∧，由于现有的电极结构周期较小，因此在极化过程中各个电极指比较容易出现横向合并，也就是侧向扩张现象较严重；而本发明实施例中由于第一电极的电极周期是2∧，第一电极的电极指相隔较远，通过第二电极指的设置，该周期性极化晶体的周期也就相当于∧，由于极化第二电极指的电场较小，大大减轻了第二电极指的侧向扩展现象，使得第二电极指不易与第一电极的电极指横向合并，占空比可以达到较佳的状态，较大地提高了周期极化结构的非线性转换效率。
上述实施例中施加在第一电极的电场为1.0-8.0KV/mm；工作温度为20-180度，即室温和高温均可。
上述实施例中铁电晶体材料的厚度可以为0.5-1mm。
上述实施中铁电材料可以是铌酸锂晶体，也可以是钽酸锂等其它晶体。进一步地，铌酸锂晶体可以掺氧化镁，也可以掺氧化锌。本发明实施例对铁电材料的具体属性不做限制，可以根据具体需要来选择。
上述实施例提供的电极结构适用于铁电晶体材料的细小周期极化，例如4-10μm，尤其适合蓝光和绿光倍频。
具体的，当基频光为912nm，其倍频光为456nm的蓝光，则对应的掺镁铌酸锂晶体的周期为4.2μm，也就是说第一电极的电极周期2∧就是8.4μm；当基频光为1064nm，其倍频光为532nm的绿光，则对应的掺镁铌酸锂晶体的周期为6.9μm，也就是说第一电极的电极周期2∧就是13.8μm。
以下为本发明一实施例的铁电晶体材料的周期极化结构的极化方法，周期极化结构包括强电介质基板、第一电极和第二电极，极化方法包括以下步骤：
对第一电极的电极条施加电场，第一电极在该电场的作用下极化反转，其中，第一电极设置在强电介质基板的主表面上，第一电极包括电极条和多个第一电极指，多个第一电极指等间距地连接在电极条上；
第二电极在第一电极的电场作用下极化反转，其中，第二电极未施加电场，第二电极包括多个第二电极指，每一第二电极指设置在两相邻的第一电极指的中间位置，多个第二电极指相互孤立。
本实施例中第一电极的电极周期是2∧，现有技术中梳形电极或者框形电极的电极周期均是∧，由于现有的电极结构周期较小，因此在极化过程中各个电极指比较容易出现横向合并，也就是侧向扩张现象较严重；而本发明实施例中由于第一电极的电极周期是2∧，第一电极的电极指相隔较远，通过第二电极指的设置，该周期性极化晶体的周期也就相当于∧，由于极化第二电极指的电场较小，大大减轻了第二电极指的侧向扩展现象，使得第二电极指不易与第一电极的电极指横向合并，占空比可以达到较佳的状态，较大地提高了周期极化结构的非线性转换效率。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种铁电晶体材料的周期极化结构，其特征在于，包括：强电介质基板、第一电极和第二电极，其中
所述第一电极设置在所述强电介质基板的主表面上，所述第一电极包括电极条和多个第一电极指，所述多个第一电极指等间距地连接在所述电极条上；
所述第二电极包括多个第二电极指，每一所述第二电极指设置在两相邻的所述第一电极指的中间位置，所述多个第二电极指相互孤立；
其中，对所述铁电晶体材料极化时，对所述第一电极的电极条施加电场，所述第一电极在所述电场的作用下极化反转，所述第二电极未施加电场，所述第二电极在所述第一电极的电场作用下极化反转。
2.根据权利要求1所述的周期极化结构，其特征在于，施加在所述第一电极的电场为1.0-8.0KV/mm。
3.根据权利要求1所述的周期极化结构，其特征在于，所述铁电晶体材料的厚度为0.5-1mm。
4.根据权利要求1所述的周期极化结构，其特征在于，所述铁电晶体材料为铌酸锂晶体材料或钽酸锂晶体材料。
5.根据权利要求4所述的周期极化结构，其特征在于，所述铌酸锂晶体材料掺有氧化镁或氧化锌。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的周期极化结构，其特征在于，所述第一电极的电极周期为2∧，∧是根据入射的基频光的波长的计算准相位匹配技术所需的周期。
7.根据权利要求6所述的周期极化结构，其特征在于，所述铁电晶体材料的周期为4-10μm。
8.一种铁电晶体材料的周期极化结构的极化方法，其特征在于，所述周期极化结构包括强电介质基板、第一电极和第二电极，所述极化方法包括以下步骤：
对所述第一电极的电极条施加电场，所述第一电极在所述电场的作用下极化反转，其中，所述第一电极设置在所述强电介质基板的主表面上，所述第一电极包括电极条和多个第一电极指，所述多个第一电极指等间距地连接在所述电极条上；
所述第二电极在所述第一电极的电场作用下极化反转，其中，所述第二电极未施加电场，所述第二电极包括多个第二电极指，每一所述第二电极指设置在两相邻的所述第一电极指的中间位置，所述多个第二电极指相互孤立。
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