专利名称：一种制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法
技术领域：
本发明涉及晶体材料处理技术领域，尤其涉及一种大厚度周期极化铁电晶体材料的制备方法。
背景技术：
所谓准相位匹配(QPM)技术是通过对晶体非线性极化率的周期性调制，来补偿由于折射率色散造成的相互作用的光波之间的相位失配，以获得非线性光学效应的增强，即利用非线性极化率的周期跃变来实现非线性光学频率转换效率的增强。准相位匹配技术只有在周期或准周期极化晶体(介电体超晶格)中才能实现。周期极化晶体是指在介电晶体中引入可与经典波(光波和声波)波长相比拟的超晶格结构，此种晶体也被称为光学超晶格、声学超晶格或微米超晶格。外加电场极化方法制备周期性反转铁电晶体，特别是制备周期性、准周期性反转铁电晶体是国内外研究的热点之一。周期性反转铁电晶体是非线性倍频、和频、差频、 光学参量振荡应用的必需材料，广泛应用于军事、激光、航天等技术领域。根据文献1 "M. Yamada, N. Nada, M. Saitoh, and K. Watanabe, App 1. Phys. Lett. 1993 (62) :435”、文献 2 “Shi-ning Zhu, Yong-yuan Zhu, Zhi-yong Zhang, Hong Shu, Hai-feng Wang, Jing-fen Hong, and Chuan-zhen Ge, J. Appl. Phys. 1995(77) : 1995” 中公开报道的方法，利用外加脉冲电场可使铌酸锂或钽酸锂晶体实现周期性极化。周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体是品质优良的用于频率转换的非线性晶体，它通光范围大，非线性极化系数大，可以通过多种方式实现波长连续、宽范围、高精度的调谐，而且可以人为地设计晶体的极化周期以获得不同波段范围内的调谐。近几年PPLN晶体质量不论是在实验室还是在商业上都取得了长足的进步，国外晶体厚度从最初的0. 5mm发展到了商业上的3mm和实验室中的5mm。由于国内晶体击穿阈值电压的限制，PPLN晶体厚度一般为0. 5 1. 0mm。但是，为得到较大功率非线性效应的产生，必须增大极化晶体的厚度，进而增大其通光横截面积。到目前为止，小厚度的周期、准周期铌酸锂晶体的极化方法已趋于成熟，但是碍于铌酸锂晶体生长的均勻性以及外加电场极化方法的限制，在厚度一般大于2mm的大厚度晶体上实现外加电场周期性极化还很难实现。因此，本发明通过先极化后键合的方式来突破外加电场极化方法制备厚度大于2mm的大厚度周期极化晶体的限制。
发明内容
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种大厚度周期极化铁电晶体材料的制备方法，以制备出大厚度周期性和准周期周期性反转铁电晶体材料。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法，该方法包括在铁电晶体材料上施加高脉冲电压，将该铁电晶体材料极化为周期性反转铁电晶体；以及对该周期性反转铁电晶体进行切割、抛光和对准键合，完成大厚度周期极化铁电晶体材料的制备。上述方案中，所述在铁电晶体材料上施加高脉冲电压，是在厚度为毫米量级的铁电晶体材料上施加高脉冲电压。所述厚度大于2毫米。上述方案中，所述铁电晶体材料为铌酸锂、钽酸锂或KTP。所述高脉冲电压是指其电场强度大于晶体的矫顽场强，其大小为几十kV/mm。所述周期性反转铁电晶体是指其铁电畴方向呈周期性变化的铁电晶体。上述方案中，所述对该周期性反转铁电晶体进行切割、抛光和对准键合，是对该周期性反转铁电晶体的正负ζ面进行切割、抛光和对准键合。所述键合是将同周期或不同周期的极化晶体进行键合。所述制备的大厚度周期极化铁电晶体材料，其厚度是将极化的单片周期性反转铁电晶体的厚度乘以键合片数。上述方案中，所述键合采用多步键合，则该方法在对该周期性反转铁电晶体进行切割、抛光和对准键合之后，再键合一次，依此类推直到制作出所需要的厚度。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、本发明提供的这种大厚度周期或者准周期铁电晶体材料的制备方法，可以实现大厚度周期或准周期的周期性极化畴反转的晶体制备，可以解决极化过程中畴横向生长合并问题，达到制备均勻大厚度的周期性极化铁电晶体的目的。2、本发明提供的这种大厚度周期极化铁电晶体材料的制备方法，对任意铁电材料都能够实现。3、本发明提供的这种大厚度周期极化铁电晶体材料的制备方法，由于键合工艺的成熟，易于实现。
图1为依照本发明实施例制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法流程图；图2为依照本发明实施例制备大厚度周期极化铁电晶体材料的装置示意图；图3为依照本发明实施例制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法中铁电晶体与光刻金属电极连接的平视图；图4为依照本发明实施例制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法中键合过程中两极化晶体的平视图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。如图1所示，本发明提供的大厚度周期极化铁电晶体材料的制备方法，包括两步或多步，用于制备出大厚度的周期性和准周期反转铁电晶体，具体包括以下步骤第一步是在铁电晶体材料上施加高脉冲电压，将该铁电晶体材料极化为周期性反转铁电晶体。第二步是在第一步基础上对该周期性反转铁电晶体进行切割、抛光和对准键合，完成大厚度周期极化铁电晶体材料的制备。如果键合采用多步键合，则还包括第三步，该第三步是在第二步的基础上再键合一次，依此类推直到制作出所需要的厚度。利用上述方法可制备出大厚度的周期极化铁电晶体材料。其中，所述的铁电晶体材料为铌酸锂，或为钽酸锂，或为KTP，或为其它铁电晶体材料。所述的厚度是毫米量级，大于2毫米。所述的周期性反转铁电晶体是指其铁电畴方向呈周期性变化。所述的高脉冲电压是指其电场强度大于晶体的矫顽场强，其大小为几十kV/ mm。所述的第二步中实现的极化晶体的厚度是指第一步制备的单片极化晶体的厚度乘以键合片数。所述的第二步是要对第一步所极化晶体的正负ζ面进行抛光，使其对准键合。所述的该方法还包括制备大厚度的小周期、大周期、准周期极化晶体。所述的两极化铁电晶体键合是将同周期或不同周期的极化晶体进行键合。如图2所示，图2为依照本发明实施例制备大厚度周期极化铁电晶体材料的装置示意图，函数信号发生器发生所需要的任意波形脉冲，经过信号放大器放大脉冲信号并施加在铁电晶体样品上，示波器检测施加的脉冲信号电压及通过电阻R的电流波形。如图3所示，图3为依照本发明实施例制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法中铁电晶体与光刻金属电极连接的平视图，铁电晶体表面是光刻后的光栅金属电极。如图4所示，图4为依照本发明实施例制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法中键合过程中两极化晶体的平视图。经过极化后的两晶体，通过切割、抛光、对准键合在一起形成一大厚度的周期极化晶体。图4中所述的两极化晶体周期可相同亦可不同，厚度为 0. 5 2mm。在图3和图4所示的实施例中，通过键合得到厚度为2mm、周期为^ym的铌酸锂周期极化晶体，适用于波长为1064nm光波的光学参量振荡输出，其具体步骤如下步骤1 先得到周期为^ym,极化占空比为50%的周期极化晶体。如附图3中的第一步所示，极化后的铁电畴反转如示意图4所示。步骤2 在1的基础上进行键合，如附图4中的第二步所示，键合后的铁电畴反转如示意图4所示。步骤3 在本实例中键合的条件与参数由不同铁电晶体的性质及其实验所需而定。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法，其特征在于，该方法包括在铁电晶体材料上施加高脉冲电压，将该铁电晶体材料极化为周期性反转铁电晶体；以及对该周期性反转铁电晶体进行切割、抛光和对准键合，完成大厚度周期极化铁电晶体材料的制备。
2.根据权利要求1所述的制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法，其特征在于，所述在铁电晶体材料上施加高脉冲电压，是在厚度为毫米量级的铁电晶体材料上施加高脉冲电压。
3.根据权利要求2所述的制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法，其特征在于，所述厚度大于2毫米。
4.根据权利要求1或2所述的制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法，其特征在于， 所述铁电晶体材料为铌酸锂、钽酸锂或KTP。
5.根据权利要求1或2所述的制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法，其特征在于， 所述高脉冲电压是指其电场强度大于晶体的矫顽场强，其大小为几十kV/mm。
6.根据权利要求1或2所述的制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法，其特征在于， 所述周期性反转铁电晶体是指其铁电畴方向呈周期性变化的铁电晶体。
7.根据权利要求1所述的制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法，其特征在于，所述对该周期性反转铁电晶体进行切割、抛光和对准键合，是对该周期性反转铁电晶体的正负ζ面进行切割、抛光和对准键合。
8.根据权利要求1所述的制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法，其特征在于，所述键合是将同周期或不同周期的极化晶体进行键合。
9.根据权利要求1所述的制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法，其特征在于，所述制备的大厚度周期极化铁电晶体材料，其厚度是将极化的单片周期性反转铁电晶体的厚度乘以键合片数。
10.根据权利要求1所述的制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法，其特征在于，所述键合采用多步键合，则该方法在对该周期性反转铁电晶体进行切割、抛光和对准键合之后，再键合一次，依此类推直到制作出所需要的厚度。
全文摘要
本发明涉及晶体材料处理技术领域，公开了一种制备大厚度周期极化铁电晶体材料的方法，包括在铁电晶体材料上施加高脉冲电压，将该铁电晶体材料极化为周期性反转铁电晶体；以及对该周期性反转铁电晶体进行切割、抛光和对准键合，完成大厚度周期极化铁电晶体材料的制备。利用本发明可制备出大厚度的周期极化铁电晶体材料。
文档编号C30B30/00GK102321920SQ201110241438
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者彭红玲, 渠红伟, 王海玲, 范学东, 郑婉华, 马传龙, 马绍栋 申请人:中国科学院半导体研究所