鈮酸鋰晶體中光輔助疇反轉(zhuǎn)的研究.pdf

1、鈮酸鋰晶體是一種集電光、雙折射、聲光、非線性光學(xué)、光彈、壓電、光折變、熱釋電、鐵電與光生伏打效應(yīng)等性質(zhì)于一身的人工晶體材料，多年來備受人們的青睞。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，鈮酸鋰鐵電疇工程被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，比如非線性頻率轉(zhuǎn)換器、光子禁帶器件、光子晶體等，因此疇結(jié)構(gòu)的制備技術(shù)成為迫切需要解決的問題。但是截至目前為止，人們最常用的鐵電疇結(jié)構(gòu)的制備方法是直接外加電場法，也就是用外加電場直接進(jìn)行疇反轉(zhuǎn)或是利用光刻膠實(shí)現(xiàn)對外交電場的調(diào)制，提供周期

2、性的電場進(jìn)而制備疇結(jié)構(gòu)。但是鈮酸鋰晶體的矯頑場很高(同成分晶體大概在21 kV/mm)，在制備疇結(jié)構(gòu)的過程中存在嚴(yán)重的橫向展寬，疇在生長過程中很容易離開設(shè)計(jì)的區(qū)間，我們用這種方法很難制備出很小周期的疇結(jié)構(gòu)，同時(shí)較高的電場很容易擊穿晶體，這就限制了鈮酸鋰疇工程的應(yīng)用。近年來，為了解決這個(gè)問題，出現(xiàn)了很多新的制備疇結(jié)構(gòu)的方法，比如光輔助疇反轉(zhuǎn)、直接寫入疇結(jié)構(gòu)等，其中光輔助疇反轉(zhuǎn)是至今最具有潛力的疇結(jié)構(gòu)制備方法，受到人們的廣泛關(guān)注。
　

3、　 光輔助疇反轉(zhuǎn)就是在外加電場的同時(shí)進(jìn)行激光輻照，由于激光輻照能極大的降低晶體的矯頑場，因此光的圖案能直接轉(zhuǎn)換為疇的圖案而不需要其他的光刻技術(shù)。但是光輔助疇反轉(zhuǎn)技術(shù)本身也存在一些問題：比如說所需要的光強(qiáng)太強(qiáng)、有限深度等問題，這些問題的存在嚴(yán)重限制了光輔助疇反轉(zhuǎn)在實(shí)際上的應(yīng)用。本文的主要工作就是利用數(shù)字全息技術(shù)探索光輔助疇反轉(zhuǎn)的微觀機(jī)理，進(jìn)一步優(yōu)化光輔助疇結(jié)構(gòu)的制備工藝。
　　 第一章，首先闡述了本論文工作的背景、目的以及意義。

4、簡單介紹了鈮酸鋰晶體的基本物理性質(zhì)，特別是它的鐵電性能，概述了鈮酸鋰晶體重要的應(yīng)用領(lǐng)域，如頻率轉(zhuǎn)換。
　　 第二章，主要介紹了疇反轉(zhuǎn)的技術(shù)以及相關(guān)問題。首先介紹了疇生長的動力學(xué)機(jī)制以及影響矯頑場的主要原因；然后我們闡述了疇結(jié)構(gòu)的觀測方法：腐蝕法和光學(xué)方法等，其中數(shù)字全息技術(shù)是最近發(fā)展起來的一種改進(jìn)的疇觀測方法。最后我們概括介紹了數(shù)字全息技術(shù)的原理。
　　 第三章，我們研究了光輔助下鈮酸鋰晶體鐵電疇反轉(zhuǎn)的動態(tài)過程。我們利用

5、數(shù)字全息技術(shù)再現(xiàn)了光輔助疇反轉(zhuǎn)的縱向生長過程，研究發(fā)現(xiàn)疇核在縱向生長尺寸為500μm時(shí)出現(xiàn)平頂現(xiàn)象，之后光斑中心處疇的縱向生長速度小于周圍，所以光斑邊沿疇縱向首先貫穿。研究了光激載流子的空間電場的隨時(shí)間的變化過程，建立光輔助疇反轉(zhuǎn)模型，從而揭示了光輔助疇反轉(zhuǎn)的微觀機(jī)制。
　　 第四章，我們用光輔助的方法制備了微疇結(jié)構(gòu)。首先我們研究發(fā)現(xiàn)532 nm激光對于摻鎂鈮酸鋰晶體進(jìn)行光輔助疇反轉(zhuǎn)的閾值光強(qiáng)是0.4 W/cm2，較之前報(bào)道的結(jié)