專利名稱：激光誘導鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明與鐵電疇有關，特別是一種激光誘導鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)的裝置，主要用 于微米和亞微米量級的鐵電晶體疇反轉(zhuǎn)，在微觀尺度上實現(xiàn)鐵電晶體周期疇結(jié)構(gòu)，以應用 于準相位匹配非線性光學和新型光學器件等諸多重要領域。
背景技術：
鈮酸鋰晶體的鐵電疇已廣泛應用于非線性光學、新光學器件等諸多領域。隨著非 線性鐵電材料的未來發(fā)展，例如一階準相位匹配紫外二次諧波的產(chǎn)生、電光布拉格光柵和 光子晶體等，都需要亞微米和納米量級的周期反轉(zhuǎn)疇。目前采用激光誘導的方法可以實現(xiàn)鐵電晶體疇反轉(zhuǎn)職亞楠、劉德安、曲偉娟、周 煜、劉立人、杭寅，紫外激光誘導近化學計量比鉭酸鋰晶體鐵電疇反轉(zhuǎn)，光學學報，27 (12)， 2007，利用石英液體電極提供均勻的外加電場，并允許在加電場的同時進行激光輻照；直 流高壓電源提供疇反轉(zhuǎn)所需的外電場；利用馬赫-曾德干涉光路實現(xiàn)數(shù)字全息干涉測量。 連續(xù)激光聚焦在晶體樣品的ζ表面，在激光輻照的同時沿晶體自發(fā)極化相反的方向施加均 勻的外電場，在外電場與激光輻照場的共同作用下，輻照區(qū)域晶體的極性逐漸發(fā)生反轉(zhuǎn)。該 方法實現(xiàn)了激光輻照區(qū)域疇反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)疇的形狀為聚焦光斑形狀，是誘導點的疇反轉(zhuǎn)，未實 現(xiàn)周期結(jié)構(gòu)疇反轉(zhuǎn)。外加電場周期極化法，采用外加電場的方法實現(xiàn)鐵電晶體疇周期極化，其極化電 場過大，限制了晶體的極化厚度和器件的均勻性，得到的反轉(zhuǎn)疇體的尺寸被限制在幾個微 米左右，無法滿足準相位匹配等技術發(fā)展的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服以上現(xiàn)有技術的不足，提供一種激光誘導鐵電晶體周期疇 反轉(zhuǎn)的裝置。該裝置應解決制備微米和亞微米量級的精細周期疇結(jié)構(gòu)問題，降低鐵電疇的 極化反轉(zhuǎn)電場，以制備結(jié)構(gòu)更完美的周期疇，有利于制作更為精細、復雜的全光微結(jié)構(gòu)器 件，易于操作，尺寸精確，無破壞。本發(fā)明的具體技術解決方案如下—種激光誘導鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)的裝置，包括誘導光源裝置和極化裝置，其特 *izti J *所述的極化裝置是在鐵電晶體樣品的兩面對稱地分別設置0型橡膠環(huán)和中間具 有電解液腔和石英窗的有機玻璃夾具，并通過所述的有機玻璃夾具四周的螺栓孔用螺栓將 所述的有機玻璃夾具夾緊固定所述的0型橡膠環(huán)和鐵電晶體樣品，并保證兩個石英窗表面 與鐵電晶體樣品的表面平行，所述的石英窗、0型橡膠環(huán)和鐵電晶體樣品同軸，將電解液通 過所述的有機玻璃夾具的注液通道注滿所述的電解液腔、注液通道和0型橡膠環(huán)，高壓直 流電源的一極插入一塊有機玻璃夾具注液通道，另一極通過降壓電阻和電流表插入另一塊 有機玻璃夾具的注液通道中；
所述的鐵電晶體樣品的激光輻照面具有周期性微結(jié)構(gòu)掩膜；所述的誘導光源裝置由誘導光源、濾波器、平行光管和凸透鏡構(gòu)成，其位置關系 是所述的誘導光源發(fā)出的誘導激光依次經(jīng)過所述的濾波器、平行光管和凸透鏡聚焦后，通 過所述的石英窗口、電解液和所述的鐵電晶體樣品表面的掩膜板，誘導激光周期性地輻照 所述的鐵電晶體樣品，同時所述的高壓直流電源通過所述的電解液為所述的鐵電晶體樣品 提供極化電場，使所述的鐵電晶體樣品產(chǎn)生周期疇反轉(zhuǎn)。所述的鐵電晶體樣品激光輻照表面的掩膜是根據(jù)產(chǎn)生周期疇的結(jié)構(gòu)需要而通過 光刻工藝在鐵電晶體樣品表面刻蝕出的周期性柵格微結(jié)構(gòu)具有不同間距的條狀周期性性 微結(jié)構(gòu)、或不同間距的六角形、圓形、方形的周期性柵格微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術效果本發(fā)明利用掩膜板實現(xiàn)疇反轉(zhuǎn)的周期結(jié)構(gòu)；利用石英窗和電解液電極實現(xiàn)了外加 極化電場的同時進行激光輻照，可以實現(xiàn)微米和亞微米量級的鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)，并且 降低了鐵電疇的極化反轉(zhuǎn)電場，可以制備更完美的周期疇結(jié)構(gòu)。


圖1、圖2、圖3、圖4為本發(fā)明的掩膜板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的極化裝置實施例中有機玻璃夾具的結(jié)構(gòu)示意圖的側(cè)面圖。圖6為本發(fā)明的極化裝置中有機玻璃夾具的結(jié)構(gòu)示意圖的剖面圖。圖7為本發(fā)明的極化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明激光誘導鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1_有機玻璃夾具；101-螺栓孔；102-石英窗；103-電解液腔；104-注液通 道；2-0型橡膠環(huán)；3-鐵電晶體樣品；4-電阻；5-高壓直流電源；6-微安電流表；7-誘導光 源；8-濾波器；9-平行光管；10-凸透鏡或顯微物鏡。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的激光誘導鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)裝置作進一步 說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。先請參閱圖8，圖8是本發(fā)明的激光誘導鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)裝置示意圖，由圖可 見，本發(fā)明激光誘導鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)的裝置，包括誘導光源裝置和極化裝置，其特點在 于所述的極化裝置是在鐵電晶體樣品3的兩面對稱地分別設置0型橡膠環(huán)2和中間 具有電解液腔103和石英窗102的有機玻璃夾具1，本實施例中的有機玻璃夾具1使有機玻 璃夾具，并通過該有機玻璃夾具1四周的螺栓孔101用螺栓將所述的有機玻璃夾具1夾緊 固定所述的0型橡膠環(huán)2和鐵電晶體樣品3，并保證兩個石英窗表面與鐵電晶體樣品3的表 面平行，所述的石英窗102、0型橡膠環(huán)2和鐵電晶體樣品3同軸；將電解液通過所述的有機玻璃夾具1的注液通道104注滿所述的電解液腔103、 注液通道104和0型橡膠環(huán)2，高壓直流電源5的一極插入一塊有機玻璃夾具1注液通道 104，另一極通過降壓電阻4和電流表6插入另一塊有機玻璃夾具1的注液通道104中構(gòu)成 極化電路；
所述的鐵電晶體樣品3的激光輻照面具有周期性微結(jié)構(gòu)掩膜；所述的誘導光源裝置由誘導光源7、濾波器8、平行光管9和凸透鏡10構(gòu)成，其位 置關系是所述的誘導光源7發(fā)出的誘導激光依次經(jīng)過所述的濾波器8、平行光管9和凸透 鏡10聚焦后，通過所述的石英窗口 102、電解液和所述的鐵電晶體樣品3表面的掩膜板，誘 導激光周期性地輻照所述的鐵電晶體樣品3，同時所述的高壓直流電源5通過所述的電解 液為所述的鐵電晶體樣品3提供極化電場，使所述的鐵電晶體樣品3產(chǎn)生周期疇反轉(zhuǎn)。所述的鐵電晶體樣品3激光輻照表面的掩膜是根據(jù)產(chǎn)生周期疇的結(jié)構(gòu)需要而通 過光刻工藝在鐵電晶體樣品3表面刻蝕出的周期性柵格微結(jié)構(gòu)具有不同間距的條狀周期 性性微結(jié)構(gòu)、或不同間距的六角形、圓形、方形的周期性柵格微結(jié)構(gòu)。圖1、圖2、圖3、圖4， 為本發(fā)明的掩膜板四個實施例的示意圖。圖7為本發(fā)明的極化裝置，參見圖6和圖5，鐵電晶體樣品3沿晶體的光軸方向(ζ 方向)垂直切割，雙面拋光，被夾在兩面對稱地設置0型橡膠環(huán)2和有機玻璃夾具1之間， 兩個石英窗102表面與鐵電晶體樣品3表面平行。通過注液通道104分別向鐵電晶體樣品 3兩側(cè)的電解液腔103及0型環(huán)2內(nèi)注入電解液，并使之充滿整個注液通道104、電解液腔 103和0型環(huán)2，確保電解液內(nèi)無氣泡，電解液無泄漏。誘導光源7發(fā)出的一定波長和功率的誘導光依次經(jīng)過所述的濾波器8、平行光管 9、凸透鏡10和石英窗102后，正入射并聚焦在鐵電晶體樣品3表面的周期性微結(jié)構(gòu)掩膜對 所述的鐵電晶體樣品3形成非均勻的周期性輻照，同時高壓直流電源5透過電解液提供所 需的極化電場。從零電壓開始，采取逐漸升高電壓的方法，電壓升高速率約為lOv/s。鐵電 晶體樣品3激光輻照的同時施加外電場，使鐵電晶體樣品產(chǎn)生周期極化，實現(xiàn)周期結(jié)構(gòu)疇 反轉(zhuǎn)。通過微安表實時檢測晶體疇反轉(zhuǎn)過程中瞬態(tài)極化電流變化，極化電流的出現(xiàn)可以指 示疇反轉(zhuǎn)的發(fā)生。
權(quán)利要求
一種激光誘導鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)的裝置，構(gòu)成包括誘導光源裝置和極化裝置，其特征在于所述的極化裝置是在鐵電晶體樣品(3)的兩面對稱地分別設置O型橡膠環(huán)(2)和中間具有電解液腔(103)和石英窗(102)的有機玻璃夾具(1)，通過所述的有機玻璃夾具(1)四周的螺栓孔(101)用螺栓將所述的有機玻璃夾具(1)夾緊固定所述的O型橡膠環(huán)(2)和鐵電晶體樣品(3)，保證兩個石英窗表面與鐵電晶體樣品(3)的表面平行，所述的石英窗(102)、O型橡膠環(huán)(2)和鐵電晶體樣品(3)同軸，將電解液通過所述的有機玻璃夾具(1)的注液通道(104)注滿所述的電解液腔(103)、注液通道(104)和O型橡膠環(huán)(2)；高壓直流電源(5)的一極插入一塊有機玻璃夾具(1)注液通道(104)，另一極通過降壓電阻(4)和電流表(6)插入另一塊有機玻璃夾具(1)的注液通道(104)中形成極化電路；所述的鐵電晶體樣品(3)的激光輻照面具有周期性微結(jié)構(gòu)掩膜；所述的誘導光源裝置由誘導光源(7)、濾波器(8)、平行光管(9)和凸透鏡(10)構(gòu)成，其位置關系是所述的誘導光源(7)發(fā)出的誘導激光依次經(jīng)過所述的濾波器(8)、平行光管(9)和凸透鏡(10)聚焦后，通過所述的石英窗(102)、電解液和所述的鐵電晶體樣品(3)表面的掩膜板，誘導激光周期性地輻照所述的鐵電晶體樣品(3)，同時所述的高壓直流電源(5)通過所述的電解液為所述的鐵電晶體樣品(3)提供極化電場，使所述的鐵電晶體樣品(3)產(chǎn)生周期疇反轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光誘導鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)的裝置，其特征在于所述的 鐵電晶體樣品(3)激光輻照表面的掩膜是根據(jù)產(chǎn)生周期疇的結(jié)構(gòu)需要而通過光刻工藝在 鐵電晶體樣品(3)表面刻蝕出的周期性柵格微結(jié)構(gòu)具有不同間距的條狀周期性性微結(jié) 構(gòu)、或不同間距的六角形、圓形、方形的周期性柵格微結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種激光誘導鐵電晶體周期疇反轉(zhuǎn)的裝置，該裝置利用掩膜板實現(xiàn)疇反轉(zhuǎn)的周期光照，同時利用石英窗和電解液電極施加外加極化電場，進而實現(xiàn)激光誘導鐵電晶體疇反轉(zhuǎn)。主要用于微米和亞微米量級的微觀尺度上，制備精細結(jié)構(gòu)的鐵電晶體周期反轉(zhuǎn)疇。本發(fā)明能降低其鐵電疇的極化反轉(zhuǎn)電場，制備結(jié)構(gòu)更完美的周期疇，有利于制作更為精細、復雜的全光微結(jié)構(gòu)器件，易于操作，尺寸精確。
文檔編號G02F1/35GK101887204SQ201010207608
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者侯培培, 劉立人, 孫建鋒, 職亞楠 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所