CN109358460A - 一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，包括真空腔，真空腔的底部设置有样品台，样品台上设置有铁电晶体，铁电晶体的底面刻蚀有周期性电极，周期性电极接地，铁电晶体的上方设置有电晕线和激光分束装置，电晕线连接气体源和高压电源，激光分束装置连接激光器，激光器通过激光分束装置将若干束激光射向铁电晶体顶面。本发明通过增加激光诱导降低了铁电晶体的矫顽电场，从而降低极化电压的峰值，实现较低电压下的极化，降低了极化过程中铁电晶体被击穿的可能性，提升生产过程中的良品率。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，属于周期极化畴反转晶体的制备领域。
背景技术
晶体铁电畴的周期性极化反转可以简便并且有效的实现准相位匹配，它作为获得高效倍频光输出的重要手段，已被广泛的应用于激光倍频、光参量振荡等非线性光学领域，是高密度光学存储、光通讯以及激光测量等应用中所需光源的核心组成部分。
目前制备周期极化畴反转晶体最常用的方法是外加电场法，通过制作周期性掩膜版将周期性电极转刻到晶体+C面，随后外加电压进行极化，从而实现晶体的周期极化畴反转。在文献（M.Yamada, N. Nada, M. Saitoh, and K. Watanabe, First-order quasi-phase matched LiNbO3 waveguide periodically poled by applying an externalfield for efficient blue second-harmonic generation, Appl. Phys. Lett., vol.62, no. 5, 1993, pp. 435-436）中首次实现了外加电场法制备周期性畴结构的晶体。文中在晶体+C面加周期性电极并接地，晶体-C面加平板铝电极并施加脉冲电压，从而在晶体中产生高压电场，制备出了0.2mm厚的周期极化畴结构的铌酸锂晶体。外加电场法极化电压的峰值较高，极化过程中存在铁电晶体被击穿的可能性，良品率较低。
发明内容
本发明提供了一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，解决了极化过程中存在铁电晶体被击穿的可能性，良品率较低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，包括真空腔，真空腔的底部设置有样品台，样品台上设置有铁电晶体，铁电晶体的底面刻蚀有周期性电极，周期性电极接地，铁电晶体的上方设置有电晕线和激光分束装置，电晕线连接气体源和高压电源，激光分束装置连接激光器，激光器通过激光分束装置将若干束激光射向铁电晶体顶面。
激光分束装置包括分光棱镜和若干平面镜，激光通过分光棱镜分束，每束激光通过平面镜反射到铁电晶体顶面。
激光分束装置为等距分束光纤。
电晕线为S型电晕线或螺旋型电晕线。
S型电晕线的两端从真空腔侧壁引出。
螺旋型电晕线向中心处逐步螺旋升高，位于中心的一端从真空腔顶部引出，另一端从从真空腔侧壁引出。
真空腔包括腔体以及与腔体连通的真空泵。
样品台上开设有通道，通道的一端朝向铁电晶体底面，通道的另一端连接真空泵。
还包括控制铁电晶体温度的温控装置。
本发明所达到的有益效果：本发明通过增加激光诱导降低了铁电晶体的矫顽电场，从而降低极化电压的峰值，实现较低电压下的极化，降低了极化过程中铁电晶体被击穿的可能性，提升生产过程中的良品率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为S形电晕线结构的示意图；
图3为螺旋形电晕线结构的示意图；
图4为第一种激光分束装置的示意图；
图5为第二种激光分束装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，包括真空腔1，真空腔1的底部设置有样品台2，样品台2上设置有铁电晶体3，铁电晶体3的底面刻蚀有周期性电极4，周期性电极4接地，铁电晶体3的上方设置有电晕线9和激光分束装置，电晕线9连接气体源8和高压电源7，激光分束装置连接激光器11，激光器11通过激光分束装置将若干束激光射向铁电晶体3顶面。
真空腔1包括腔体以及与腔体连通的真空泵6，真空腔1用以提供电晕放电所需绝缘环境，与腔体连通的真空泵6实现真空度范围为10-4-1大气压。
样品台2用以放置铁电晶体3，样品台2上开设有通道5，通道5的一端朝向铁电晶体3底面，通道5的另一端连接位于真空腔1外的真空泵6，该真空泵6可实现的真空度范围为10-6-1大气压，用于加强电绝缘。
上述制备周期极化畴反转结构晶体的装置还包括控制铁电晶体3温度的温控装置10；温控装置10包括连接样品台2为样品台2加热的加热器、位于铁电晶体3附近的温度传感器以及稳定铁电晶体3温度的反馈电路，或者温控装置10包括位于连接样品台2附件的辐射加热器、位于铁电晶体3附近的温度传感器以及稳定铁电晶体3温度的反馈电路。
铁电晶体3的周期性电极4涂覆绝缘膜，将周期性电极4与真空腔1环境隔绝。
电晕线9采用规则圆柱形状，由内部金属管和外部绝缘层组成，金属管内径范围为1-10mm，外径范围为1-100mm。外部绝缘层包覆金属管形成绝缘管并将外层接地。
电晕线9为S型电晕线或螺旋型电晕线。S型电晕线如图2所示，S型电晕线的两端从真空腔1侧壁引出；螺旋型电晕线如图3所示，螺旋型电晕线向中心处逐步螺旋升高，位于中心的一端从真空腔1顶部引出，另一端从从真空腔1侧壁引出；上述两种电晕线9能够更加有效地在铁电晶体3表面实现均匀电荷分布。
电晕线9连接位于真空腔1外的高压电源7与气体源8，通过高压电源7提供电压达到极化所需的电场强度，高压电源7可提供电压范围为0.5-100KV；气体源8包括一个储气罐、气流控制器以及气体温度控制器，储气罐中存储的为惰性气体，如氮气，惰性气体的流速控制在0-100L/min内。
如图4所示，激光分束装置包括分光棱镜12和若干平面镜13，产生的激光经过光纤后保持良好的相干性，然后通过分光棱镜12分束，每束激光通过平面镜13反射到铁电晶体3顶面；图中激光分束装置为与真空腔1内，通过支架设置两个相对的平面镜13，即激光通过分光棱镜12分成两束，两束激光分别通过两个平面镜13反射到铁电晶体3顶面，在铁电晶体3顶面发生干涉。
如图5所示，激光分束装置为等距分束光纤14，等距分束光纤14的出射端伸入真空腔1内，并且朝向铁电晶体3顶面，激光通过等距分束光纤14分成两束，每束激光射到铁电晶体3顶面，在铁电晶体3顶面发生干涉，等距分束光纤14的其他部分位于真空腔1外。
上述装置经由真空泵6维持真空腔1的真空程度，再由气体源8供给保护气。在充满保护气体的腔体内，激光器11产生的激光束照射到铁电晶体3上并降低其矫顽电场，从而降低了极化所需电压的峰值。随后，电晕线9通过高压电源7施加的高压电产生电晕放电，并与铁电晶体3底面的周期性电极4共同作用使得铁电晶体3发生极化畴反转。由于激光束照射下的铁电晶体3的矫顽电场降低，降低了晶体极化所需电压，同时降低了晶体在极化过程中由于极化电压过高而被击穿的可能性，提升了良品率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，其特征在于：包括真空腔，真空腔的底部设置有样品台，样品台上设置有铁电晶体，铁电晶体的底面刻蚀有周期性电极，周期性电极接地，铁电晶体的上方设置有电晕线和激光分束装置，电晕线连接气体源和高压电源，激光分束装置连接激光器，激光器通过激光分束装置将若干束激光射向铁电晶体顶面。
2.根据权利要求1所述的一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，其特征在于：激光分束装置包括分光棱镜和若干平面镜，激光通过分光棱镜分束，每束激光通过平面镜反射到铁电晶体顶面。
3.根据权利要求1所述的一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，其特征在于：激光分束装置为等距分束光纤。
4.根据权利要求1所述的一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，其特征在于：电晕线为S型电晕线或螺旋型电晕线。
5.根据权利要求4所述的一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，其特征在于：S型电晕线的两端从真空腔侧壁引出。
6.根据权利要求4所述的一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，其特征在于：螺旋型电晕线向中心处逐步螺旋升高，位于中心的一端从真空腔顶部引出，另一端从从真空腔侧壁引出。
7.根据权利要求1所述的一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，其特征在于：真空腔包括腔体以及与腔体连通的真空泵。
8.根据权利要求1所述的一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，其特征在于：样品台上开设有通道，通道的一端朝向铁电晶体底面，通道的另一端连接真空泵。
9.根据权利要求1所述的一种制备周期极化畴反转结构晶体的装置，其特征在于：还包括控制铁电晶体温度的温控装置。
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