CN109407439A - 一种新型周期极化畴反转结构晶体的制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型周期极化畴反转结构晶体的制备装置，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S型或螺旋形电晕线，电晕线连接气体源和高压电源。本发明采用的S型或螺旋形电晕线能够在产生均匀电场的同时有效地消除趋肤效应引起的尖端放电，有效改善了极化电场的均匀程度，提高良品率。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型周期极化畴反转结构晶体的制备装置，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。由于电源与平板电极接触范围小，此种产生高压电场的方式难以形成均匀的电场，电压过高时电极易被击穿，故所形成畴的深度较浅。
在专利（徐长青、张仁世、乔纳森·马克尔，在非线性铁电基板上制作畴反转结构的方法，发明，申请号：200780035798.1）中，徐长青等人采用多个规则排列的电晕炬来提供外加电场，其中，晶体+C面加周期性电极并接地，晶体-C面加电晕炬进行电晕放电，释放的电荷与铁电晶体接地电极间形成极化电场，并通过控制电晕炬的排列使极化电场呈均匀分布。由于所用电晕炬形状在高压下会由趋肤效应引起尖端放电，影响电场的均匀分布，降低产品的良品率。
发明内容
本发明提供了一种新型周期极化畴反转结构晶体的制备装置，解决了电晕炬带来的电场分布不均匀问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种新型周期极化畴反转结构晶体的制备装置，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S型或螺旋形电晕线，电晕线连接气体源和高压电源。
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：本发明采用的S型或螺旋形电晕线能够在产生均匀电场的同时有效地消除趋肤效应引起的尖端放电，有效改善了极化电场的均匀程度，提高良品率。
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。
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，一种新型周期极化畴反转结构晶体的制备装置，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S型或螺旋形电晕线9，电晕线9连接气体源8和高压电源7。
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。
S型电晕线9如图2所示，S型电晕线9的两端从真空腔1侧壁引出；螺旋型电晕线9如图3所示，螺旋型电晕线9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。
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，电晕线9通过高压电源7施加的高压电产生电晕放电。由于电晕放电产生的电场分布受电晕线形状影响，本发明中电晕线9的特殊形状能够消除尖端放电引起的电场分布不均匀，能够在铁电晶体3的上方形成完全覆盖并均匀分布的极化电场。铁电晶体3上方的极化电场与下方涂覆的周期性电极4共同作用使铁电晶体3内部形成周期极化畴反转结构。
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 (6)
1.一种新型周期极化畴反转结构晶体的制备装置，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S型或螺旋形电晕线，电晕线连接气体源和高压电源。
2.根据权利要求1所述的一种新型周期极化畴反转结构晶体的制备装置，其特征在于：S型电晕线的两端从真空腔侧壁引出。
3.根据权利要求1所述的一种新型周期极化畴反转结构晶体的制备装置，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。
4.根据权利要求1所述的一种新型周期极化畴反转结构晶体的制备装置，其特征在于：真空腔包括腔体以及与腔体连通的真空泵。
5.根据权利要求1所述的一种新型周期极化畴反转结构晶体的制备装置，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。
6.根据权利要求1所述的一种新型周期极化畴反转结构晶体的制备装置，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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