CN109917600A - 一种超晶格极化晶体器件及其制备方法 - Google Patents
一种超晶格极化晶体器件及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109917600A CN109917600A CN201910183493.XA CN201910183493A CN109917600A CN 109917600 A CN109917600 A CN 109917600A CN 201910183493 A CN201910183493 A CN 201910183493A CN 109917600 A CN109917600 A CN 109917600A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- superlattices
- host material
- polarized crystal
- crystal device
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
本申请公开了一种超晶格极化晶体器件及其制备方法。该方法包括：使基质材料与衬底材料键合，形成键合晶体；对所述键合晶体的所述基质材料层进行减薄，并在其上制作周期性或准周期性的掩膜层；对所述掩膜层进行蚀刻，以形成浮雕型光栅结构；对整个器件加压，将所述浮雕型光栅结构压制进所述掩膜层中；对所述器件的端面进行抛光镀膜，获得所述超晶格极化晶体器件，所述器件用于深紫外激光的输出。该器件成本低廉、材料易得，且可以灵活设计光学超晶格的极化周期，通过倍频、和频、差频等多种光学频率转换方法，满足可调谐、宽带等不同应用需求，获得高转换效率的深紫外激光输出。
Description
技术领域
本申请涉及一种超晶格极化晶体器件及其制备方法，属于激光元器件领域。
背景技术
深紫外固态激光在材料加工、精密微纳技术、超快光谱分析、生物技术等领域有着广泛的应用。目前获得深紫外激光的主要方法是采用直接倍频、多次谐波或和频的方式，在KBBF及其同族、CLBO等晶体器件中获得，已有较多文献报道过。但是该类器件价格高昂，较难获取，同时在一些高端激光器上，如可调谐深紫外激光、宽带深紫外激光等激光光源，系统复杂、庞大，对激光泵浦光源要求高，导致实际应用受限。
因此需要一种用于深紫外激光输出的光学超晶格极化晶体器件的制备方法，通过该方法制作的器件成本低廉、材料易得，且可以灵活设计光学超晶格的极化周期，通过倍频、和频、差频等多种光学频率转换方法，满足可调谐、宽带等不同应用需求，从而获得高转换效率的深紫外激光输出。
发明内容
本发明的一方面公开了一种超晶格极化晶体器件，所述超晶格极化晶体器件包括基质材料层和衬底材料层，其中，
所述基质材料层布置在衬底材料层上，并与衬底材料层键合；
所述基质材料层中包括浮雕型光栅结构。
在优选的实施方式中，所述超晶格极化晶体的基质材料是在深紫外波段为透光区域的石英晶体。
在优选的实施方式中，所述超晶格极化晶体的基质材料包括JGS1、JGS2和JGS3材料中的至少一种。
在优选的实施方式中，所述衬底材料是折射率低于所述基质材料的折射率的石英材料，所述衬底材料的厚度为0.5-2mm，长度和宽度尺寸与所述基质材料相等。
在优选的实施方式中，所述超晶格极化晶体器件的超晶格结构周期≥1μm，光学超晶格结构为单周期、多周期、啁啾和级联中的至少一种。
本发明的另一方面公开了一种超晶格极化晶体器件的制备方法，所述方法至少包括以下步骤：
使基质材料与衬底材料键合，形成键合晶体；
对所述键合晶体的所述基质材料层进行减薄，并在其上制作周期性或准周期性的掩膜层；
对所述掩膜层进行蚀刻，以形成浮雕型光栅结构；
对整个器件加压(极化)，将所述浮雕型光栅结构压制进所述掩膜层中；
对所述器件的端面进行抛光镀膜，获得所述超晶格极化晶体器件，所述器件用于深紫外激光的输出。
在优选的实施方式中，所述超晶格极化晶体的基质材料是在深紫外波段为透光区域的石英晶体。
在优选的实施方式中，所述超晶格极化晶体的基质材料包括JGS1、JGS2和JGS3材料中的至少一种。
在优选的实施方式中，所述基质材料的切割角度为Y切至Y切±偏离5°之间，通光方向为Z切或Z切偏离±5°之间，所述基质材料的厚度为0.2-1mm，长度≥1mm，宽度≥1mm。
在优选的实施方式中，所述衬底材料是折射率低于所述基质材料的折射率的石英材料，所述衬底材料的厚度为0.5-2mm，长度和宽度尺寸与所述基质材料相等。
在优选的实施方式中，所述方法还包括在使使基质材料与衬底材料键合之前，对它们各自的表面进行高精密平整抛光的步骤。
在优选的实施方式中，所述基质材料与衬底材料键合在950℃～1200℃温度下进行，键合时间10分钟以上。
在优选的实施方式中，对所述基质材料进行减薄，是将键合晶体的基质材料层减薄至100μm以下。
在优选的实施方式中，所述超晶格极化晶体器件的超晶格结构周期≥1μm，光学超晶格结构为单周期、多周期、啁啾和级联中的至少一种。
在优选的实施方式中，在基质材料的表面通过光刻法形成周期性或准周期性结构的掩膜层，制作掩膜层的材料为厚度≥5μm的光刻胶。
在本申请中，术语“周期性”表示单周期。术语“准周期性”表示多周期、啁啾或级联等。
在优选的实施方式中，采用等离子体刻蚀或湿法腐蚀对所述掩膜层进行蚀刻，蚀刻深度为1μm～50μm。
在优选的实施方式中，在350-600℃的温度下对整个器件进行均匀加压，以将所述浮雕型光栅结构压制进所述掩膜层中，压力值≥50MPa，压力值与浮雕光栅的深度成正比。
在优选的实施方式中，对所述器件的端面进行光学级抛光，并根据输入和输出激光的应用指标镀上所需的膜层。
本发明的再一方面提供了一种超晶格极化晶体器件，所述超晶格极化晶体器件通过上述任一种方法制备。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本发明所提供的用于深紫外激光输出的光学超晶格极化晶体器件的制备方法，可以获得用于深紫外输出的非线性频率转换器件，该器件采用石英基片作为基质材料，成本低廉、材料易得，可以获得～193nm左右的深紫外激光输出。
2)本发明所提供的用于深紫外激光输出的光学超晶格极化晶体器件的制备方法，该方法还可以灵活设计光学超晶格的极化周期，通过倍频、和频、差频等多种光学频率转换方法，满足可调谐、宽带等不同应用需求，获得高转换效率的深紫外激光输出。
附图说明
图1是示出本发明构思的、超晶格极化晶体器件的制备方法的工艺步骤示意图；
图2是本发明的超晶格晶体器件的结构示意图；
图3是本发明提供的超晶格极化晶体器件的制备方法中关键极化工艺制作示意图；
图4是本发明提供的一种用于深紫外激光输出的光学超晶格晶体器件的应用示意图；
部件和附图标记列表：
101为深紫外熔融石英层(含光学超晶格结构)，102为普通石英衬底；201为加热加压模块，202为晶体夹持夹具，203为待极化的深紫外激光输出的光学超晶格晶体器件；301为泵浦光源，302为耦合透镜，303为深紫外激光输出的光学超晶格晶体器件，304为滤波片，305为温控炉。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1超晶格极化晶体器件的制造
图1是示出本发明构思的、超晶格极化晶体器件的制备方法的工艺步骤示意图，通过该工艺步骤可以获得能够实现～193nm深紫外激光输出的晶体器件。
参照图2，首先准备一片型号为JGS1的深紫外熔融石英基片101作为基底材料。确定切割角度为Y切偏离﹣5°，通光方向为Z切偏离﹢5°之间，将其切割成厚度为0.5mm，长度为20mm，宽度为3mm的石英基片。对深紫外熔融石英基片101和普通石英基片102在1100℃的温度下进行高温键合，形成键合晶体。然后，将键合晶体中的深紫外熔融石英基片101进行减薄处理至30μm的厚度。在深紫外熔融石英层上面通过光刻法制作周期为9.6μm的掩膜层，可以使用光刻胶材料SU8，光刻胶厚度为15μm，且占空比控制在50％。
超晶格极化晶体器件的制备过程中的加压极化工艺是关键步骤，下面将结合图3对该工艺步骤做详细的说明。
如图3所示，首先采用ICP蚀刻工艺，在深紫外熔融石英薄膜层上得到浮雕型光栅结构203，光栅深度为5μm，垂直性≥85度。然后将晶体器件放置于晶体夹具中202，并在两端加入加热加压装置201，在350℃高温下对整个器件进行加压，压力为150MPa，将浮雕台阶压制进深紫外熔融石英薄膜层中，从而将应力留在深紫外熔融石英薄膜层中；最后对器件的端面进行光学级抛光，镀上～386nm和～193nm双点增透膜，获得用于～193nm的深紫外激光输出的光学超晶格极化晶体器件303。
改变反应条件，也可以获得能够实现用于～193nm的深紫外激光输出的光学超晶格极化晶体器。其他反应条件下获得的光学超晶格极化晶体器件为313、323、333和343。制造上述光学超晶格极化晶体器件的反应条件如表1所示。
表1
实施例2光学超晶格极化晶体器件的激光输出测试
将光学超晶格极化晶体器件303放置在控制温控炉305上，并将温度控制在35℃。
如图4所示，采用～386nm的激光泵浦光源301，输出的激光通过耦合透镜302耦合进光学超晶格极化晶体器件303的薄膜层中，输出光通过一个滤波片304进行滤波，成功获得深紫外的激光输出。
以上测试实施例仅以光学超晶格极化晶体器件303为例作出，光学超晶格极化晶体器件313、323、333和343经测试均成功获得深紫外的激光输出。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (10)
1.一种超晶格极化晶体器件，其特征在于，所述超晶格极化晶体器件包括基质材料层和衬底材料层，其中，
所述基质材料层布置在衬底材料层上，并与衬底材料层键合；
所述基质材料层中包括浮雕型光栅结构。
2.根据权利要求1所述的超晶格极化晶体器件，其特征在于，所述超晶格极化晶体的基质材料是在深紫外波段为透光区域的石英晶体。
3.根据权利要求2所述的超晶格极化晶体器件，其特征在于，所述超晶格极化晶体的基质材料包括JGS1或JGS2材料中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的超晶格极化晶体器件，其特征在于，所述衬底材料是折射率低于所述基质材料的折射率的石英材料，所述衬底材料的厚度为0.5-2mm，长度和宽度尺寸与所述基质材料相等；
优选地，所述超晶格极化晶体器件的超晶格结构周期≥1μm，光学超晶格结构为单周期、多周期、啁啾和级联中的至少一种。
5.一种超晶格极化晶体器件的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
使基质材料与衬底材料键合，形成键合晶体；
对所述键合晶体的所述基质材料层进行减薄，并在其上制作周期性或准周期性的掩膜层；
对所述掩膜层进行蚀刻，以形成浮雕型光栅结构；
对整个器件加压，将所述浮雕型光栅结构压制进所述掩膜层中；
对所述器件的端面进行抛光镀膜，获得所述超晶格极化晶体器件，所述器件用于深紫外激光的输出。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述超晶格极化晶体的基质材料是在深紫外波段为透光区域的石英晶体。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述超晶格极化晶体的基质材料包括JGS1或JGS2材料中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基质材料的切割角度为Y切至Y切±偏离5°之间，通光方向为Z切或Z切偏离±5°之间，所述基质材料的厚度为0.2-1mm，长度≥1mm，宽度≥1mm；
优选地，所述衬底材料是折射率低于所述基质材料的折射率的石英材料，所述衬底材料的厚度为0.5-2mm，长度和宽度尺寸与所述基质材料相等；
优选地，所述方法还包括在使使基质材料与衬底材料键合之前，对它们各自的表面进行高精密平整抛光的步骤；
优选地，所述基质材料与衬底材料键合在950℃～1200℃温度下进行，键合时间10分钟以上。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述基质材料进行减薄，是将键合晶体的基质材料层减薄至100μm以下；
优选地，所述超晶格极化晶体器件的超晶格结构周期≥1μm，光学超晶格结构为单周期、多周期、啁啾和级联中的至少一种；
优选地，在基质材料的表面通过光刻法形成周期性或准周期性结构的掩膜层，制作掩膜层的材料为厚度≥5μm的光刻胶；
优选地，采用等离子体刻蚀或湿法腐蚀对所述掩膜层进行蚀刻，蚀刻深度为1μm～50μm；
优选地，在350-600℃的温度下对整个器件进行均匀加压，以将所述浮雕型光栅结构压制进所述掩膜层中，压力值≥50MPa，压力值与浮雕光栅的深度成正比；
优选地，对所述器件的端面进行光学级抛光，并根据输入和输出激光的应用指标镀上所需的膜层。
10.一种超晶格极化晶体器件，其特征在于，所述超晶格极化晶体器件通过权利要求5至9所述的任一种方法制备。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910183493.XA CN109917600A (zh) | 2019-03-12 | 2019-03-12 | 一种超晶格极化晶体器件及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910183493.XA CN109917600A (zh) | 2019-03-12 | 2019-03-12 | 一种超晶格极化晶体器件及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109917600A true CN109917600A (zh) | 2019-06-21 |
Family
ID=66964344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910183493.XA Pending CN109917600A (zh) | 2019-03-12 | 2019-03-12 | 一种超晶格极化晶体器件及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109917600A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61292909A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-23 | Toshiba Corp | 超格子形成方法 |
| JPS63299387A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | グレ−ティング形成方法 |
| CN101661133A (zh) * | 2008-08-26 | 2010-03-03 | 华为技术有限公司 | 一种光波导及其制备方法和一种波长转换器 |
| US20150129023A1 (en) * | 2013-11-11 | 2015-05-14 | Kingwave Corporation | Optoelectronic device having surface periodic grating structure and manufacturing method thereof |
| CN105429003A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-03-23 | 深圳瑞波光电子有限公司 | 一种外延结构及其光栅结构制备方法 |
-
2019
- 2019-03-12 CN CN201910183493.XA patent/CN109917600A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61292909A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-23 | Toshiba Corp | 超格子形成方法 |
| JPS63299387A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | グレ−ティング形成方法 |
| CN101661133A (zh) * | 2008-08-26 | 2010-03-03 | 华为技术有限公司 | 一种光波导及其制备方法和一种波长转换器 |
| US20150129023A1 (en) * | 2013-11-11 | 2015-05-14 | Kingwave Corporation | Optoelectronic device having surface periodic grating structure and manufacturing method thereof |
| CN105429003A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-03-23 | 深圳瑞波光电子有限公司 | 一种外延结构及其光栅结构制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20060286488A1 (en) | Methods and devices for fabricating three-dimensional nanoscale structures | |
| CN112068336B (zh) | 一种基于周期极化铌酸锂波导的电控式偏振纠缠态产生芯片 | |
| Liu et al. | A strain-tunable nanoimprint lithography for linear variable photonic crystal filters | |
| JP6510548B2 (ja) | 曲面回折格子の型の製造方法、曲面回折格子の製造方法、曲面回折格子、および光学装置 | |
| Bhalla et al. | Plasma-assisted large-scale nanoassembly of metal–insulator bioplasmonic mushrooms | |
| CN104505561B (zh) | 一种多波段太赫兹滤波器及其制作方法 | |
| US20220170926A1 (en) | Nanoplasmonic instrumentation, materials, methods and system integration | |
| Ghosh et al. | Aluminum nitride grating couplers | |
| CN104198434A (zh) | 一种垂直透射型局域等离子谐振折射率传感器及其制备方法 | |
| Bernhardt et al. | Large few-layer hexagonal boron nitride flakes for nonlinear optics | |
| CN109917600A (zh) | 一种超晶格极化晶体器件及其制备方法 | |
| CN106233176A (zh) | 光栅元件的安装结构的制造方法 | |
| Brenner et al. | 3D whispering-gallery-mode microlasers by direct laser writing and subsequent soft nanoimprint lithography | |
| JP4875611B2 (ja) | フォトニック結晶の製造方法 | |
| JP7348182B2 (ja) | 凹面回折格子の製造方法、製造装置及び凹面回折格子 | |
| TWI454755B (zh) | 金屬性結構與光電裝置 | |
| JP2014211539A (ja) | 波長変換素子 | |
| CN107831559B (zh) | 一种宽光谱变换器 | |
| CN105974644A (zh) | 液晶显示器 | |
| CN102540332B (zh) | 基于铌酸锂光子线的光极化分裂器 | |
| CN103831692B (zh) | 一种光学波导器件的制作方法 | |
| CN1400487A (zh) | 非线性光学晶体激光变频光栅耦合器 | |
| Helke et al. | Large-scale fabrication of LP-CVD Si3N4 photonic crystal structures as freestanding reflectors with 1 mm aperture for Fabry-Pérot interferometers | |
| JP2006084885A (ja) | レプリカ回折格子の製造方法 | |
| Wei et al. | Concave Version Printing of High-Performance Polymer THz Filters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190621 |