[發明專利]極化晶體疇結構無損表征的方法、系統及其應用

有效

• 申請號: 201610520376.4
• 申請日: 2016-07-04
• 公開（公告）號: CN107576632B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 梁萬國;陳懷熹;陳立元;鄒小林;繆龍;馮新凱;李廣偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/49;G01N21/01;G02B21/00
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 於劉明

本申請公開了一種極化晶體的無損檢測方法、系統及其應用，用于極化晶體疇域結構重要指標參數(包括占空比、極化周期等)的無損狀態下的表征。該對極化晶體施加一定的電場，不改變極化晶體疇結構的前提下放大極化晶體折射率的變化；通過圖像采集、衍射光強采集和數據分析，得到極化晶體疇結構的性能參數。通過對晶體施加一定的電場放大折射率變化量卻又不會改變極化晶體疇結構，通過圖像采集粗測、衍射光強分布圖采集分析，采用嚴格耦合波分析方法(RCWA)進行優化分析，從而在晶體無損狀態下獲得極化晶體精確的疇域結構相關性能參數。

技術領域

本申請涉及到極化晶體疇域結構的無損表征系統及其方法，屬于極化晶體的性能檢測技術領域。

背景技術

極化晶體廣泛應用于倍頻、差頻、和頻、光學參量振蕩以及THz波產生等方面，在激光顯示、光纖通訊、大氣探測以及軍事對抗等領域，是光頻率轉換、光參量轉換領域的重要材料。系統地表征極化晶體的性能(包括了極化周期、極化占空比、極化均勻性等)，是極化晶體質量評估的重要內容。通常情況下，檢測極化晶體疇域結構的方法是將其浸入溶液體積比為1:1的HNO₃和HF酸混合液中進行10分鐘左右的腐蝕，然后直接在偏光顯微鏡下可以檢測到極化周期、極化占空比以及均勻性等參數。但是這樣的方法往往會降低晶體表面粗糙度，在一些實際應用中會導致晶體出現較大的散射，從而影響其使用。工業生產中的處理方法是對極化晶體進行抽檢，但是往往有劣品沒有被檢出，導致使用過程中出現較大的誤差，為此本專利提供了一套用于極化晶體疇域結構的無損表征系統。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供了極化晶體疇結構無損表征的方法，該方法可以在極化晶體無損狀態下分析得到極化晶體的疇域結構信息。該方法通過在極化晶體兩端施加一定的電場來放大折射率變化量，根據偏光成像和衍射光強分布計算分析得到極化晶體的詳細信息，從而實現極化晶體疇域結構的無損檢測。

所述方法的特征在于，對極化晶體施加一定的電場，不改變極化晶體疇結構的前提下放大極化晶體折射率的變化；通過圖像采集、衍射光強采集和數據分析，得到極化晶體疇結構的性能參數。

本申請的技術方案，通過對晶體施加一定的電場放大折射率變化量卻又不會改變極化晶體疇結構，通過圖像采集粗測、衍射光強分布圖采集分析和優化算法分析，獲得極化晶體精確的疇域結構相關性能參數。極化晶體在施加電壓的狀態下通過偏光顯微系統采集到粗略的疇結構圖樣，再根據衍射光學光強采集圖樣與嚴格耦合波分析算法(簡寫為RCWA算法)分析得到精確的疇結構信息。根據上述方案可以獲得極化晶體的無損表征。

優選地，所述極化晶體疇結構在鐵電疇方向呈周期性變化或準周期性變化。

優選地，所述極化晶體選自極化鈮酸鋰晶體(簡寫為PPLN)、極化摻MgO鈮酸鋰晶體(簡寫為PPMgOLN)、極化鉭酸鋰晶體(簡寫為PPLT)、極化近化學計量比鉭酸鋰晶體(簡寫為PPSLT)、極化摻MgO鉭酸鋰晶體(簡寫為PPMgOLT)、極化磷酸氧鈦鉀晶體(簡寫為PPKTP)、極化砷酸鈦氧銣晶體(簡寫為PPRTA)、極化鈮酸鍶鋇(Sr_0.6Ba_0.4Nb₂O₆S簡寫為PPSBN)、極化石英中的一種。

優選地，所述極化晶體厚度為0.5mm～3mm，極化周期≥1μm。

優選地，對極化晶體所施加的電場電壓為恒壓電壓，且該電壓小于極化晶體本身的電壓閾值。

進一步優選地，極化晶體折射率的變化值和所施加的電場電壓成正比；當施加電場的電壓為V時，極化晶體折射率的變化值Δn為：

其中，γ₃₃是極化晶體沿晶體z軸方向的光電系數；

n_e是e光折射率；

d是電場方向的晶體厚度。