离子掺杂铁电晶体的高稳定性光场辅助极化装置及方法

本发明涉及离子掺杂铁电晶体极化，尤其是涉及一种离子掺杂铁电晶体的高稳定性光场辅助极化装置及方法。

背景技术：

1、现有的晶体极化方法包括直流电场极化方法、交流电场极化方法以及脉冲电场极化方法，其中，直流电场极化方法：通常在室温下施加数倍铁电晶体矫顽场大小的直流电场进行极化，对于难以极化的铁电晶体，还会将温度升高到晶体居里温度以上施加直流电场进行极化，即高温直流极化。交流电场极化方法：通常在室温下对晶体施加几十个循环的交流电场使畴结构沿最终的电场方向取向，电场最大值为晶体矫顽场的数倍，频率根据不同晶体特性选择为1赫兹至几十赫兹。脉冲电场极化方法：与交流极化方法类似，室温下施加几十个循环的电场信号，区别在于施加电场为脉冲电场并且只有一个电场方向。离子掺杂铁电晶体中的掺杂离子导致的缺陷偶极子难以被外电场调控，与极化后畴结构取向不同的缺陷偶极子会诱导极化后的离子掺杂铁电晶体产生退极化，降低了上述方法极化后离子掺杂铁电晶体极化状态的稳定性，不利于离子掺杂铁电晶体的器件化应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决极化后离子掺杂铁电晶体极化状态的稳定性差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种离子掺杂铁电晶体的高稳定性光场辅助极化装置，包括激光光源、光强调节件、扩束准直器、温度控制单元以及极化电源；

3、极化电源加载在离子掺杂铁电晶体上，离子掺杂铁电晶体设置在温度控制单元内，离子掺杂铁电晶体与扩束准直器相对设置，扩束准直器与光强调节件相对设置，光强调节件与激光光源相对设置。

4、优选的，光强调节件为衰减片。

5、优选的，极化电源为直流电源或交流电源。

6、一种基于上述一种离子掺杂铁电晶体的高稳定性光场辅助极化装置的极化方法，具体步骤如下：

7、步骤s1：根据离子掺杂铁电晶体类型确定激光光源的波长；

8、步骤s2：通过光强调节件调节光源的光强，并通过扩束准直器将光扩束为光强均匀的圆形光束，圆形光束覆盖整个离子掺杂铁电晶体的表面；

9、步骤s3：通过温度控制单元对离子掺杂铁电晶体进行设定升温速率的加热，加热至离子掺杂铁电晶体的居里温度以上10-20℃并保持；

10、步骤s4：通过极化电源施加2―3倍离子掺杂铁电晶体矫顽场大小的电场，并在均匀光照下极化设定时间；

11、步骤s5：通过温度控制单元对离子掺杂铁电晶体进行设定降温速率的冷却，冷却至室温后关闭激光光源和极化电源。

12、优选的，激光光源输出线偏振光，线偏振光的光子能量超过离子掺杂铁电晶体的带隙，线偏振光的光子能量与波长的关系如下：

13、e＝hc/λ

14、其中，e为光子能量，h为普朗克常数，c为光速，λ为线偏振光的波长。

15、优选的，离子掺杂铁电晶体类型为锰铁掺杂钽铌酸钾晶体，激光光源输出的线偏振光的波长为491nm。

16、优选的，通过光强调节件调节光源的光强为10-40mw/cm2。

17、优选的，设定升温速率和设定降温速率均为0.5-5℃/分钟。

18、优选的，极化设定时间为1-5小时。

19、因此，本发明采用上述结构的一种离子掺杂铁电晶体的高稳定性光场辅助极化装置及方法，具有以下有益效果：

20、通过高于离子掺杂铁电晶体带隙能量的均匀光照覆盖整个晶体，活化晶体中的缺陷偶极子，促使缺陷偶极子沿极化电场方向取向。极化后缺陷偶极子与离子掺杂晶体内部的畴结构取向一致，不会诱导晶体中退极化的产生，从而增强离子掺杂铁电晶体极化后极化状态的稳定性。

21、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种离子掺杂铁电晶体的高稳定性光场辅助极化装置，其特征在于：包括激光光源、光强调节件、扩束准直器、温度控制单元以及极化电源；

2.根据权利要求1所述的一种离子掺杂铁电晶体的高稳定性光场辅助极化装置，其特征在于：光强调节件为衰减片。

3.根据权利要求1所述的一种离子掺杂铁电晶体的高稳定性光场辅助极化装置，其特征在于：极化电源为直流电源或交流电源。

4.一种基于上述权利要求1-3任意一项所述的一种离子掺杂铁电晶体的高稳定性光场辅助极化装置的极化方法，其特征在于，具体步骤如下：

5.根据权利要求4所述的一种极化方法，其特征在于：激光光源输出线偏振光，线偏振光的光子能量超过离子掺杂铁电晶体的带隙，线偏振光的光子能量与波长的关系如下：

6.根据权利要求5所述的一种极化方法，其特征在于：离子掺杂铁电晶体类型为锰铁掺杂钽铌酸钾晶体，激光光源输出的线偏振光的波长为491nm。

7.根据权利要求6所述的一种极化方法，其特征在于：通过光强调节件调节光源的光强为10-40mw/cm2。

8.根据权利要求7所述的一种极化方法，其特征在于：设定升温速率和设定降温速率均为0.5-5℃/分钟。

9.根据权利要求8所述的一种极化方法，其特征在于：极化设定时间为1-5小时。

技术总结
本发明公开了一种离子掺杂铁电晶体的高稳定性光场辅助极化装置，属于离子掺杂铁电晶体极化技术领域，包括激光光源、光强调节件、扩束准直器、温度控制单元以及极化电源；极化电源加载在离子掺杂铁电晶体上，离子掺杂铁电晶体设置在温度控制单元内，离子掺杂铁电晶体与扩束准直器相对设置，扩束准直器与光强调节件相对设置，光强调节件与激光光源相对设置，同时公开了基于上述装置的极化方法。采用上述结构的一种离子掺杂铁电晶体的高稳定性光场辅助极化装置及方法，使得极化后的离子掺杂铁电晶体更加稳定。

技术研发人员：田浩,金昕宇,谭鹏,孟祥达,王宇
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1