RU2411561C1 - Method of forming domain structure in single-crystal wafer of nonlinear optical ferroelectric material - Google Patents
Method of forming domain structure in single-crystal wafer of nonlinear optical ferroelectric material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411561C1 RU2411561C1 RU2009135926/28A RU2009135926A RU2411561C1 RU 2411561 C1 RU2411561 C1 RU 2411561C1 RU 2009135926/28 A RU2009135926/28 A RU 2009135926/28A RU 2009135926 A RU2009135926 A RU 2009135926A RU 2411561 C1 RU2411561 C1 RU 2411561C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strip electrode
- nonlinear optical
- electric current
- domain structure
- current pulse
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к нелинейной оптике и оптоэлектронике, в частности к области нелинейно-оптического преобразования частоты лазерного излучения, и может быть использовано в оптических системах записи и считывания информации, в волоконно-оптической связи и в лазерных проекционных системах.The invention relates to nonlinear optics and optoelectronics, in particular to the field of nonlinear optical frequency conversion of laser radiation, and can be used in optical systems for recording and reading information, in fiber optic communication and in laser projection systems.
Формирование доменной структуры в нелинейно-оптическом сегнетоэлектрике является одним из способов создания элементов для преобразования частоты лазерного излучения, например для создания эффективных недорогих источников лазерного излучения в сине-зеленой части оптического спектра [W.P.Risk, T.R.Gosnell, A.V.Nurmicco. Compact blue-green Lasers. - Cambridge: Cambridge University Press, 2003. - 540 с.].The formation of a domain structure in nonlinear optical ferroelectric is one of the ways to create elements for converting the frequency of laser radiation, for example, to create effective inexpensive sources of laser radiation in the blue-green part of the optical spectrum [W.P. Risk, T.R. Gosnell, A.V. Nurmicco. Compact blue-green Lasers. - Cambridge: Cambridge University Press, 2003. - 540 p.].
Известен способ формирования доменной структуры в кристалле калий-титанил-фосфата для нелинейного преобразования частоты лазерного излучения (патент РФ №2044337 C1, МПК7 C30B 33/02, C30B 33/04, C30B 33/00, H01L 41/00, C30B 29/30) путем создания доменной структуры, состоящей из сегнетоэлектрических доменов противоположной ориентации с периодом, определяемым разностью волновых векторов излучения основной и преобразованной частоты. На поверхность кристалла наносят пленку из материала, имеющего коэффициент теплового расширения и значение электропроводности, отличные от тех же параметров кристалла, а доменную структуру формируют либо с помощью нагрева до 850°C и охлаждения до комнатной температуры, либо только путем охлаждения кристалла калий-титанил-фосфата ниже комнатной температуры. Из-за разницы коэффициентов теплового расширения между диэлектриком и кристаллом в подложке возникают растягивающие и сжимающие механические напряжения, приводящие вследствие пьезоэлектрического эффекта к возникновению знакопеременного электрического поля, имеющего компоненту, направленную противоположно вектору спонтанной поляризации кристалла. Создаваемые по данному способу доменные структуры являются приповерхностными, что не позволяет использовать их для создания источников лазерного излучения высокой мощности из-за оптического повреждения, вызванного высокой плотностью лазерного излучения. Кроме того, данный способ использует тот факт, что высокая проводимость калий-титанил-фосфата (в 103-104 раз больше, чем у ниобата лития) препятствует образованию доменов в области, не покрытой пленкой. Это не позволяет использовать данный способ в материалах с низкой проводимостью, например в ниобате лития или танталате лития.A known method of forming a domain structure in a potassium titanyl phosphate crystal for non-linear conversion of the frequency of laser radiation (RF patent No. 2044337 C1, IPC7 C30B 33/02, C30B 33/04, C30B 33/00, H01L 41/00, C30B 29/30 ) by creating a domain structure consisting of ferroelectric domains of opposite orientation with a period determined by the difference of the wave vectors of radiation of the fundamental and converted frequency. A film of a material having a thermal expansion coefficient and conductivity value different from the same crystal parameters is applied to the crystal surface, and a domain structure is formed either by heating to 850 ° C and cooling to room temperature, or only by cooling the potassium-titanyl crystal phosphate below room temperature. Due to the difference in the thermal expansion coefficients between the dielectric and the crystal, tensile and compressive mechanical stresses arise in the substrate, which, due to the piezoelectric effect, lead to the appearance of an alternating electric field having a component opposite to the spontaneous polarization vector of the crystal. The domain structures created by this method are near-surface, which does not allow using them to create high-power laser radiation sources due to optical damage caused by a high density of laser radiation. In addition, this method uses the fact that the high conductivity of potassium titanyl phosphate (10 3 -10 4 times greater than that of lithium niobate) prevents the formation of domains in the area not covered by the film. This does not allow the use of this method in materials with low conductivity, for example, lithium niobate or lithium tantalate.
Известен способ формирования доменных структур в ниобате лития прямой записью сфокусированным электронным пучком (H.Ito, C.Takyu, H.Inaba. Fabrication of periodic domain grating in LiNbOs by electron beam writing for application of nonlinear optical processes. Electronics Letters, 1991, V.27, P.1221-1222). В данном способе на одну из полярных поверхностей (+z) пластины нелинейно-оптического сегнетоэлектрика ниобата лития наносят сплошную металлическую маску, например, из Cr. На вторую полярную поверхность воздействуют сфокусированным электронным пучком. При этом в месте воздействия пучка образуется домен с противоположным направлением поляризации. Задавая путь перемещения сфокусированного электронного пучка по поверхности, можно создавать доменную структуру определенной конфигурации. Недостатками способа являются:A known method of forming domain structures in lithium niobate by direct recording by a focused electron beam (H. Ito, C. Takyu, H. Inaba. Fabrication of periodic domain grating in LiNbOs by electron beam writing for application of nonlinear optical processes. Electronics Letters, 1991, V .27, P.1221-1222). In this method, a solid metal mask, for example, of Cr, is applied to one of the polar surfaces (+ z) of a plate of a nonlinear optical ferroelectric lithium niobate. The second polar surface is affected by a focused electron beam. In this case, a domain with the opposite direction of polarization is formed at the site of the beam impact. By setting the path for moving the focused electron beam over the surface, it is possible to create a domain structure of a certain configuration. The disadvantages of the method are:
1) невозможность поляризовать кристаллы толщиной более 0,2-0,5 мм,1) the inability to polarize crystals with a thickness of more than 0.2-0.5 mm,
2) невозможность получать доменные структуры площадью более 1 см2 и2) the inability to obtain domain structures with an area of more than 1 cm 2 and
3) сравнительно большое время, необходимое для создания доменных структур.3) the relatively large time required to create domain structures.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к настоящему способу является способ формирования доменной структуры в нелинейно-оптической пластине сегнетоэлектрика с помощью электрического поля (Патент США 5193023, G02F 1/03; G11C 11/22, опубликованный 09.03.1993) (прототип). Способ включает следующие этапы. Сначала на противоположных полярных поверхностях пластины формируют электроды, хотя бы один из которых представляет собой полосовой электрод и выполняется по определенному рисунку (конфигурации). Затем к электродам прикладывают напряжение, приводящее к формированию доменной структуры в соответствии с конфигурацией полосового электрода. Варианты способа предусматривают приложение постоянного напряжения или импульса напряжения между электродами. Защищен также вариант нанесения одного из электродов по определенному рисунку на дополнительный слой диэлектрического материала, наносимого на соответствующую поверхность пластины.The closest in technical essence and the achieved effect to the present method is a method of forming a domain structure in a nonlinear optical ferroelectric plate using an electric field (U.S. Patent 5193023, G02F 1/03; G11C 11/22, published 09.03.1993) (prototype). The method includes the following steps. First, electrodes are formed on opposite polar surfaces of the plate, at least one of which is a strip electrode and is made according to a certain pattern (configuration). Then a voltage is applied to the electrodes, leading to the formation of a domain structure in accordance with the configuration of the strip electrode. Variants of the method include the application of a constant voltage or voltage pulse between the electrodes. The option of applying one of the electrodes according to a specific pattern to an additional layer of dielectric material deposited on the corresponding surface of the plate is also protected.
Согласно этому способу приложение электрического напряжения между электродами приводит к изменению направления спонтанной поляризации сегнетоэлектрика и формированию доменов в областях, соответствующих рисунку электрода. Известная технология фотолитографии позволяет создавать произвольный рисунок электрода с высокой точностью и воспроизводимостью.According to this method, the application of electrical voltage between the electrodes leads to a change in the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric and the formation of domains in the regions corresponding to the pattern of the electrode. The well-known photolithography technology allows you to create an arbitrary electrode pattern with high accuracy and reproducibility.
Дополнительное нанесение диэлектрической пленки перед нанесением электрода позволяет избежать повреждения кристалла при прохождении тока в процессе приложения электрического напряжения.Additional application of a dielectric film before applying the electrode avoids damage to the crystal during the passage of current during the application of electrical voltage.
Защищен также вариант, предусматривающий дополнительный нагрев образца до температуры в диапазоне от 150 до 1200°C для уменьшения величины коэрцитивного поля.An option is also provided that provides for additional heating of the sample to a temperature in the range from 150 to 1200 ° C to reduce the coercive field.
Недостатком прототипа является уширение образующихся доменов за пределы отдельных полос полосового электрода, что не позволяет создавать домены с геометрическими параметрами (формой и размерами), точно соответствующими рисунку электрода, а также ограничивает минимальный период доменной структуры (2 мкм). Кроме того, в ниобате лития, легированном MgO, за счет пространственной неоднородности легирования формирование доменов под полосовым электродом происходит не одновременно, что приводит к разрастанию доменов, образовавшихся ранее других, за пределы отдельных полос электрода, в то время как домены, образовавшиеся позднее, еще не достигают краев отдельных полос электрода, что ухудшает однородность формируемой доменной структуры.The disadvantage of the prototype is the broadening of the resulting domains beyond the individual strips of the strip electrode, which does not allow you to create domains with geometric parameters (shape and size) that exactly match the pattern of the electrode, and also limits the minimum period of the domain structure (2 μm). In addition, in lithium niobate doped with MgO, due to the spatial inhomogeneity of doping, the formation of domains under the strip electrode does not occur simultaneously, which leads to the growth of domains formed earlier than others outside of individual bands of the electrode, while domains formed later still do not reach the edges of the individual strips of the electrode, which impairs the uniformity of the generated domain structure.
Таким образом, задачей изобретения является создание способа одновременного формирования прецизионной доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика, с геометрическими параметрами, соответствующими рисунку полосового электрода и воспроизводимыми с нанометрической точностью.Thus, the objective of the invention is to provide a method for the simultaneous formation of a precision domain structure in a single crystal plate of a nonlinear optical ferroelectric, with geometric parameters corresponding to the pattern of a strip electrode and reproduced with nanometric accuracy.
Предлагаемый нами способ формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика включает воздействие на нее высокого напряжения, приложенного между металлическими электродами, расположенными на противоположных полярных гранях пластины, причем один из них выполняют в виде полос определенной конфигурации (полосовой электрод), для формирования доменной структуры соответствующей конфигурации. Вдоль полос полосового электрода пропускают, по меньшей мере, одиночный импульс электрического тока, обеспечивающий неоднородный нагрев поверхностного слоя пластины, последующее охлаждение после окончания импульса электрического тока приводит к образованию под полосами полосового электрода приповерхностных доменов, а высокое напряжение прикладывают между электродами одновременно или после воздействия импульса электрического тока, в результате чего формируется доменная структура, точно соответствующая рисунку полосового электрода.Our proposed method for the formation of a domain structure in a single-crystal plate of a nonlinear optical ferroelectric involves exposure to a high voltage applied between metal electrodes located on opposite polar faces of the plate, one of which is made in the form of strips of a certain configuration (strip electrode) to form a domain structures of the corresponding configuration. Along the stripes of the strip electrode, at least a single pulse of electric current is passed, providing non-uniform heating of the surface layer of the plate, subsequent cooling after the end of the pulse of electric current leads to the formation of surface domains under the stripes of the strip electrode, and a high voltage is applied between the electrodes simultaneously or after the pulse electric current, as a result of which a domain structure is formed that exactly matches the pattern of the strip electric Yes.
Импульсы электрического тока можно пропускать вдоль полос полосового электрода многократно.Electric current pulses can be passed repeatedly along the strip of the strip electrode.
В качестве материала полосового электрода можно использовать, например, W, Ta, NiCr или Cr.As the material of the strip electrode, for example, W, Ta, NiCr or Cr can be used.
В качестве нелинейно-оптического сегнетоэлектрика можно использовать ниобат лития или ниобат лития, легированный MgO, а также танталат лития или танталат лития, легированный MgO.As a nonlinear optical ferroelectric, lithium niobate or lithium niobate doped with MgO can be used, as well as lithium tantalate or lithium tantalate doped with MgO.
Параметры электродов и импульса электрического тока подбирают такими, чтобы не происходило разрушения полосового электрода.The parameters of the electrodes and the electric current pulse are selected so that there is no destruction of the strip electrode.
Сущность изобретения поясняется следующим образом. Монокристаллический нелинейно-оптический сегнетоэлектрик, например ниобат лития или танталат лития, является материалом, имеющим в некотором диапазоне температур спонтанную поляризацию, направление которой можно изменять с помощью приложения электрического поля. Спонтанная поляризация в таких материалах может быть ориентирована только в определенных направлениях вдоль одной или более полярных осей. В частности, ниобат лития и танталат лития являются одноосными кристаллами, таким образом, имеют только два возможных направления поляризации. Переключение поляризации в таких материалах происходит за счет формирования и роста доменов - областей с противоположным направлением поляризации. Переключение поляризации в таких материалах может происходить также под действием пироэлектрических полей, возникающих при охлаждении кристалла.The invention is illustrated as follows. A single-crystal nonlinear optical ferroelectric, for example lithium niobate or lithium tantalate, is a material having spontaneous polarization in a certain temperature range, the direction of which can be changed by applying an electric field. Spontaneous polarization in such materials can only be oriented in certain directions along one or more polar axes. In particular, lithium niobate and lithium tantalate are uniaxial crystals, thus, they have only two possible directions of polarization. The switching of polarization in such materials occurs due to the formation and growth of domains — regions with opposite directions of polarization. Polarization switching in such materials can also occur under the action of pyroelectric fields arising upon cooling of the crystal.
Для формирования доменов на противоположные полярные грани пластины монокристаллического нелинейно-оптического сегнетоэлектрика, вырезанной перпендикулярно полярной оси, наносят металлические электроды, причем один из них выполняют в виде структуры, состоящей из полос определенной конфигурации (полосовой электрод). Пропускание импульса электрического тока вдоль полос полосового электрода, нанесенного на одну из полярных поверхностей монокристаллической пластины нелинейно-оптического сегнетоэлектрика, приводит к резистивному (джоулеву) нагреву полос. Выделяющееся тепло приводит к неоднородному разогреву поверхностного слоя пластины.To form domains, metal electrodes are deposited on opposite polar faces of a plate of a single-crystal nonlinear optical ferroelectric cut perpendicular to the polar axis, moreover, one of them is made in the form of a structure consisting of strips of a certain configuration (strip electrode). The transmission of an electric current pulse along the strips of a strip electrode deposited on one of the polar surfaces of a single-crystal plate of a nonlinear optical ferroelectric leads to resistive (Joule) heating of the strips. The generated heat leads to non-uniform heating of the surface layer of the plate.
Неоднородный нагрев поверхностного слоя пластины, например, может быть обеспечен подбором таких значений длительности импульса и силы тока, при которых за время действия импульса не происходит существенного выравнивания температуры вдоль поверхности пластины за счет температуропроводности. Таким образом, достигается более сильный нагрев поверхностного слоя пластины в области под полосовым электродом по сравнению с областями, не покрытыми электродом, что является важной особенностью данного способа. После окончания импульса электрического тока температура пластины в поверхностном слое под полосовым электродом уменьшается, что приводит к появлению пироэлектрического поля, переключающего направление спонтанной поляризации и формирующего приповерхностные домены.Inhomogeneous heating of the surface layer of the plate, for example, can be ensured by selecting such values of the pulse duration and current strength at which during the pulse does not significantly equalize the temperature along the surface of the plate due to thermal diffusivity. Thus, a stronger heating of the surface layer of the plate is achieved in the area under the strip electrode compared to areas not covered by the electrode, which is an important feature of this method. After the end of the electric current pulse, the temperature of the plate in the surface layer under the strip electrode decreases, which leads to the appearance of a pyroelectric field that switches the direction of spontaneous polarization and forms near-surface domains.
Проведенный нами расчет пространственного распределения пироэлектрического поля, возникающего при охлаждении после неоднородного нагрева поверхности пластины с полосовыми электродами в результате воздействия импульса электрического тока, показал наличие следующих особенностей:Our calculation of the spatial distribution of the pyroelectric field that occurs during cooling after inhomogeneous heating of the surface of a plate with strip electrodes as a result of an electric current pulse showed the following features:
- под краями полос полосового электрода возникает максимальное значение пироэлектрического поля, способствующего формированию приповерхностных доменов;- under the edges of the strips of the strip electrode, the maximum value of the pyroelectric field appears, which contributes to the formation of surface domains;
- направление пироэлектрического поля между полосами полосового электрода препятствует переключению поляризации, что приводит к подавлению роста приповерхностных доменов за пределы электродов.- the direction of the pyroelectric field between the strips of the strip electrode prevents polarization switching, which leads to suppression of the growth of surface domains beyond the electrodes.
Формирование приповерхностных доменов в результате пропускания импульса электрического тока вдоль полос полосового электрода существенно улучшает пространственную однородность процесса формирования доменной структуры и позволяет создавать доменную структуру, точно соответствующую рисунку полосового электрода.The formation of near-surface domains as a result of passing an electric current pulse along the strips of a strip electrode significantly improves the spatial homogeneity of the process of formation of a domain structure and allows you to create a domain structure that exactly matches the pattern of a strip electrode.
Приложение электрического поляElectric field application
На Фиг.1 представлена схема реализации пропускания импульса электрического тока вдоль полос полосового электрода: 1 - пластина нелинейно-оптического сегнетоэлектрика с полосовым электродом 2, нанесенным на одну из поверхностей, и сплошным электродом 3, нанесенным на другую поверхность. Вдоль полосового электрода 2 пропускают импульс электрического тока 4. Формирование сквозной доменной структуры происходит после приложения высокого напряжения 5 между электродами 2 и 3, нанесенными на поверхности пластины 1.Figure 1 presents a diagram of the implementation of the transmission of an electric current pulse along the strips of a strip electrode: 1 - a plate of a nonlinear optical ferroelectric with a strip electrode 2 deposited on one of the surfaces and a solid electrode 3 deposited on another surface. A pulse of electric current 4 is passed along the strip electrode 2. The formation of a through domain structure occurs after applying a high voltage 5 between the electrodes 2 and 3 deposited on the surface of the plate 1.
Пропускать импульсы электрического тока вдоль полосового электрода, нанесенного на поверхность монокристаллической пластины нелинейно-оптического сегнетоэлектрика, при необходимости можно многократно. Например, для увеличения плотности доменов под полосовым электродом.It is possible to pass electric current pulses along a strip electrode deposited on the surface of a single-crystal plate of a nonlinear optical ferroelectric repeatedly. For example, to increase the density of domains under a strip electrode.
В качестве нелинейно-оптического сегнетоэлектрика можно использовать, например, ниобат лития или ниобат лития, легированный MgO. Ниобат лития является одним из материалов, наиболее широко используемых в нелинейной оптике за счет большого значения нелинейно-оптического коэффициента. Важно то, что имеется промышленное производство пластин ниобата лития оптического качества диаметром до 100 мм. Легирование ниобата лития MgO существенно увеличивает порог оптического повреждения, что позволяет применять его для создания мощных лазеров.As a nonlinear optical ferroelectric, for example, lithium niobate or lithium niobate doped with MgO can be used. Lithium niobate is one of the materials most widely used in nonlinear optics due to the large value of the nonlinear optical coefficient. It is important that there is industrial production of lithium niobate plates of optical quality with a diameter of up to 100 mm. Doping of lithium niobate MgO significantly increases the threshold of optical damage, which allows it to be used to create high-power lasers.
В качестве нелинейно-оптического сегнетоэлектрика можно использовать, например, танталат лития или танталат лития, легированный MgO. Танталат лития также широко применяется в нелинейной оптике за счет большого значения нелинейно-оптического коэффициента. Имеется промышленное производство пластин танталата лития оптического качества диаметром до 76 мм. Легирование танталата лития MgO существенно увеличивает порог оптического повреждения, что позволяет, например, применять его для создания мощных лазеров, излучающих в сине-зеленой и ближней ультрафиолетовой частях спектра.As a nonlinear optical ferroelectric, for example, lithium tantalate or lithium tantalate doped with MgO can be used. Lithium tantalate is also widely used in nonlinear optics due to the large value of the nonlinear optical coefficient. There is industrial production of optical quality lithium tantalate plates with a diameter of up to 76 mm. Doping of lithium tantalate MgO significantly increases the threshold of optical damage, which allows, for example, to be used to create high-power lasers emitting in the blue-green and near ultraviolet parts of the spectrum.
Для реализации способа выбирают такие параметры электрода и импульса электрического тока (сила электрического тока и длительность импульса), которые не приводят к разрушению материала полосового электрода. Разрушение материала полосового электрода не позволит разогреть поверхность пластины и обеспечить одновременное или последующее приложение высокого напряжения.To implement the method, such parameters of the electrode and electric current pulse (electric current strength and pulse duration) are selected that do not lead to the destruction of the strip electrode material. The destruction of the material of the strip electrode will not allow to warm the surface of the plate and to provide simultaneous or subsequent application of high voltage.
Изобретение поясняется примером реализации предлагаемого способа.The invention is illustrated by an example implementation of the proposed method.
В качестве монокристаллической пластины нелинейно-оптического сегнетоэлектрика берут плоскопараллельную монокристаллическую пластину ниобата лития, легированного 5% MgO, толщиной 1 мм и диаметром 76 мм, вырезанную перпендикулярно полярной оси и отполированную с обеих сторон. На Z+ поверхности пластины известным методом фотолитографии формируют полосовой электрод толщиной 100 нм, состоящий из полос шириной 1.5 мкм, расположенных с периодом 6.95 мкм. При этом размеры области, на которую наносится полосовой электрод, составляют, например, 5×10 мм. Полосы электрода ориентируют вдоль Y кристаллографического направления пластины. В качестве материала электродов используют Cr, который наносят непосредственно на поверхность с помощью электронно-лучевого испарения в вакууме.As a single-crystal plate of a nonlinear optical ferroelectric, take a plane-parallel single-crystal plate of lithium niobate doped with 5% MgO, 1 mm thick and 76 mm in diameter, cut perpendicular to the polar axis and polished on both sides. A well-known photolithography method forms a strip electrode with a thickness of 100 nm on the Z + surface of the plate, consisting of strips 1.5 μm wide, spaced with a period of 6.95 μm. In this case, the dimensions of the region on which the strip electrode is applied are, for example, 5 × 10 mm. The electrode strips are oriented along the Y crystallographic direction of the plate. As the electrode material, Cr is used, which is applied directly to the surface by electron beam evaporation in vacuum.
Вдоль полосового электрода, нанесенного на поверхность пластины, пропускают одиночный импульс электрического тока с силой тока в 1 А и длительностью 4 мс. В результате пропускания тока под полосами полосового электрода формируются домены. На Фиг.2 видны полосовые домены, образовавшиеся под полосами полосового электрода.A single electric current pulse with a current strength of 1 A and a duration of 4 ms is passed along a strip electrode deposited on the surface of the plate. As a result of the transmission of current, domains are formed under the strips of the strip electrode. Figure 2 shows the strip domains formed under the stripes of the strip electrode.
К электродам прикладывают программируемую серию однополярных прямоугольных импульсов высокого напряжения амплитудой 1.5 кВ и длительностью 15 мс. Коэрцитивное напряжение для пластины данного материала толщиной 1 мм составляет 5 кВ (Н.Ishizuki, I.Shoji, T.Taira, Periodical poling characteristics of congruent MgOiLiNbOs crystals at elevated temperature. // Applied Physics Letters. - 2003. - V.82, №23. - P.4062-4064). В результате приложения электрического напряжения разрастаются и прорастают вглубь пластины приповерхностные домены, образовавшиеся после воздействия импульса электрического тока, что приводит к формированию структуры, состоящей из периодически расположенных сквозных полосовых доменов, в соответствии с рисунком полосового электрода. На Фиг.3 показан пример изображения доменной структуры на поперечном сечении пластины, полученной в результате воздействия импульса электрического тока и последующего приложения электрического поля.A programmable series of unipolar rectangular pulses of high voltage with an amplitude of 1.5 kV and a duration of 15 ms is applied to the electrodes. The coercive stress for the plate of this material 1 mm thick is 5 kV (N. Ishizuki, I. Shoji, T. Taira, Periodical poling characteristics of congruent MgOiLiNbOs crystals at elevated temperature. // Applied Physics Letters. - 2003. - V.82, No. 23. - P.4062-4064). As a result of the application of electric voltage, the surface domains that are formed after the action of an electric current pulse grow and grow deeper into the plate, which leads to the formation of a structure consisting of periodically spaced through strip domains, in accordance with the pattern of a strip electrode. Figure 3 shows an example of the image of a domain structure in a cross section of a plate obtained by exposure to an electric current pulse and subsequent application of an electric field.
Доменная структура наблюдалась с помощью известных методик оптической микроскопии после удаления электродов химическим травлением и известного метода селективного химического травления пластины концентрированной плавиковой кислотой (HF) в течение 5 минут.The domain structure was observed using known optical microscopy techniques after removal of the electrodes by chemical etching and the known method of selective chemical etching of the plate with concentrated hydrofluoric acid (HF) for 5 minutes.
Танталат лития является материалом, изоморфным ниобату лития, в связи с чем формирование доменной структуры в соответствии с описанным способом происходит аналогично.Lithium tantalate is a material isomorphic to lithium niobate, and therefore the formation of a domain structure in accordance with the described method occurs similarly.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет формировать сквозные доменные структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика в точном соответствии с рисунком полосового электрода, например периодические полосовые структуры для нелинейно-оптического преобразования частоты лазерного излучения, что может быть использовано в оптических системах записи и считывания информации, в волоконно-оптической связи и в лазерных проекционных системах.Thus, the proposed method allows the formation of end-to-end domain structures in a single crystal plate of a nonlinear optical ferroelectric in exact accordance with the pattern of a strip electrode, for example, periodic strip structures for nonlinear optical conversion of the frequency of laser radiation, which can be used in optical systems for recording and reading information, in fiber optic communication and in laser projection systems.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009135926/28A RU2411561C1 (en) | 2009-09-29 | 2009-09-29 | Method of forming domain structure in single-crystal wafer of nonlinear optical ferroelectric material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009135926/28A RU2411561C1 (en) | 2009-09-29 | 2009-09-29 | Method of forming domain structure in single-crystal wafer of nonlinear optical ferroelectric material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2411561C1 true RU2411561C1 (en) | 2011-02-10 |
Family
ID=46309378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009135926/28A RU2411561C1 (en) | 2009-09-29 | 2009-09-29 | Method of forming domain structure in single-crystal wafer of nonlinear optical ferroelectric material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2411561C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2492283C2 (en) * | 2011-12-08 | 2013-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for formation of bidomain structure in single-crystal plates |
| RU2614199C1 (en) * | 2015-12-16 | 2017-03-23 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ФГБОУ ВО "Кубанский государственный университет") | Gradient periodically polarised lithium niobate |
| RU2778036C1 (en) * | 2021-12-23 | 2022-08-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for recovery annealing of plates from oxide ferroelectric material |
-
2009
- 2009-09-29 RU RU2009135926/28A patent/RU2411561C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2492283C2 (en) * | 2011-12-08 | 2013-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for formation of bidomain structure in single-crystal plates |
| RU2614199C1 (en) * | 2015-12-16 | 2017-03-23 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ФГБОУ ВО "Кубанский государственный университет") | Gradient periodically polarised lithium niobate |
| RU2778036C1 (en) * | 2021-12-23 | 2022-08-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for recovery annealing of plates from oxide ferroelectric material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5652674A (en) | Method for manufacturing domain-inverted region, optical wavelength conversion device utilizing such domain-inverted region and method for fabricating such device | |
| CN1083112C (en) | Fabrication of patterned poled dielectric structures and devices | |
| US7230753B2 (en) | Method for forming domain-inverted structure and optical element with domain-inverted structure | |
| EP0532969B1 (en) | Process for fabricating an optical device for generating a second harmonic optical beam | |
| JP3529144B2 (en) | Method of forming domain inversion structure of ferroelectric | |
| US20120152892A1 (en) | Method for manufacturing optical element | |
| JPH06242478A (en) | Formation of domain inversion structure of ferroelectric substance | |
| JP3059080B2 (en) | Method for manufacturing domain-inverted region, optical wavelength conversion element and short wavelength light source using the same | |
| RU2411561C1 (en) | Method of forming domain structure in single-crystal wafer of nonlinear optical ferroelectric material | |
| RU2371746C1 (en) | Method of forming domain structure in single-crystal wafer of non-linear optical ferroelectric material | |
| TWI297802B (en) | Method of fabricating two-dimensional ferroelectric nonlinear crystals with periodically inverted domains | |
| JP3332363B2 (en) | Method of manufacturing domain-inverted region, optical wavelength conversion element using the same, and method of manufacturing the same | |
| JP4081398B2 (en) | Optical wavelength conversion element | |
| EP1801644B1 (en) | Method of producing a substrate comprising a polarization domain reversal structure and substrate comprising such a polarization domain reversal structure | |
| JP2004246332A (en) | Method of forming polarity inversion structure and optical element having polarity inversion structure | |
| RU2439636C1 (en) | Method of forming domain structure in monocrystalline wafer of nonlinear-optic ferroelectric material | |
| RU2566142C2 (en) | Method of forming bidomain structure in ferrielectric monocrystal plates | |
| US6529309B2 (en) | Production method of light wavelength converting element | |
| JP3398144B2 (en) | Method for manufacturing domain-inverted region | |
| JP3429502B2 (en) | Method for manufacturing domain-inverted region | |
| RU2425405C2 (en) | Method of producing periodically polarised lithium tantalate and niobate for linear optical elements and device for local polarisation of lithium tantalate and niobate | |
| Seibert et al. | Ferroelectric microdomain reversal on Y-cut LiNbO3 surfaces | |
| RU2811419C2 (en) | Nonlinear optical element with quasicontinuous circuit and method of its manufacture | |
| RU2485222C1 (en) | Method of forming polydomain ferroelectric monocrystals with charged domain wall | |
| RU91768U1 (en) | DEVICE FOR LOCAL POLARIZATION OF NIOBATE AND LITHIUM TANTALATE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110930 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130310 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180930 |