[發(fā)明專利]顯微二階非線性極化率光學(xué)元件的激光輔助熱極化設(shè)備及方法

有效

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• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108681181B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊光;曹琎;何曉燕;王多金;陳宏飛;劉斌;高彥峰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/355;G02F1/37
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發(fā)明公開了一種顯微二階非線性極化率光學(xué)元件的激光輔助熱極化設(shè)備及方法，以單面和側(cè)面涂覆了薄銀線的ITO玻璃作陽極，硅片作陰極，波長為1064nm的連續(xù)激光，對摻雜Sm³⁺離子的硼磷酸鈮玻璃進(jìn)行顯微熱極化的制備方法。該電場、熱場及激光光場輔助方法可實現(xiàn)多種微米級顯微結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。可以通過調(diào)整激光參數(shù)和熱極化參數(shù)來達(dá)到控制樣品的周期性與形貌。本發(fā)明方法能一次實現(xiàn)具有周期性顯微二階非線性極化率的光學(xué)元件，實現(xiàn)圖案分辨率可達(dá)微米甚至納米級水平，相對傳統(tǒng)材料制備效率可提高數(shù)倍至數(shù)十倍，微結(jié)構(gòu)分布與尺寸的形貌和原子或分子結(jié)構(gòu)的成份可控，制備效率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件的制備方法，特別是涉及一種具有微結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件的制備方法，主要應(yīng)用于可見-近紅外光學(xué)系統(tǒng)材料和器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，可見-近紅外光學(xué)材料已廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)、激光技術(shù)和電子通信技術(shù)等現(xiàn)代軍事和民用高科技領(lǐng)域。晶體材料如藍(lán)寶石和金剛石，使用傳統(tǒng)工藝獲得非球面透鏡或棱鏡的難度大、效率低、成本高，難以滿足迅速發(fā)展的光學(xué)、信息技術(shù)等對材料的小型化、集成化和功能化的要求。氧化物玻璃材料因具有光損耗低、覆蓋光通信窗口多、制造工藝簡單、成本低和幾何尺寸不受限制等優(yōu)點，在可見-近紅外光學(xué)系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。其中硼磷酸鈮(Na₂B₄O₇-NaPO₃-Nb₂O₅，簡稱BPN)玻璃材料，由于可以大量引入高二次非線性系數(shù)(n₂)的Nb₂O₅，還具有強(qiáng)的三階非線性性能，而受到越來越多關(guān)注一般地，實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)尺寸和分布的可控印刷是獲得優(yōu)異倍頻和光學(xué)等性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

為了實現(xiàn)基于微結(jié)構(gòu)的光功能BPN玻璃可控制備，需要對玻璃進(jìn)行改性。以前的改性主要集中于諸如干法蝕刻和光刻等普通微加工手段，其不足之處在于設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜、加工效率低下等，尤其是光刻還受到光的影響。

2002年，Komatsu等人提出了一種簡便可行的解決方案—采用連續(xù)激光在特殊離子摻雜的玻璃中寫出所需的顯微單晶結(jié)構(gòu)；從該微結(jié)構(gòu)的分布與尺寸等形貌參數(shù)和原子或分子結(jié)構(gòu)等成份出發(fā)，進(jìn)行適合于特定功能設(shè)計，如倍頻設(shè)計等，低成本高性能光學(xué)材料的印刷提供基礎(chǔ)保障。但目前，進(jìn)行采用連續(xù)激光對玻璃進(jìn)行熱極化的工藝還不能滿足制備可見-近紅外光學(xué)材料的需要，工藝復(fù)雜，圖案化的分辨率還不夠理想，工藝可控性和制備效率有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種顯微二階非線性極化率光學(xué)元件的激光輔助熱極化設(shè)備及方法，采用激光輔助熱極化手段，制備具有高精度的顯微二階非線性極化率光學(xué)元件，能一次性將所需圖案印刷在樣品上，實現(xiàn)圖案分辨率可達(dá)微米甚至納米級水平，微結(jié)構(gòu)的分布與尺寸的形貌參數(shù)和原子或分子結(jié)構(gòu)的成份可控、制備效率高。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種顯微二階非線性極化率光學(xué)元件的激光輔助熱極化設(shè)備，對于摻雜Sm3+離子的硼磷酸鈮(BPN)玻璃樣品，采用銀導(dǎo)電涂料，以表面涂覆了銀線的第二塊玻璃作為設(shè)置于硼磷酸鈮玻璃樣品一側(cè)表面上方的蓋玻片，并以第二塊玻璃作為陽極，以硅片作陰極，在硼磷酸鈮玻璃樣品的另一側(cè)表面下方設(shè)置硅片，從而形成第二塊玻璃、硼磷酸鈮玻璃樣品和硅片層疊組裝的三明治式裝置，并為第二塊玻璃和硅片接好電源，為硼磷酸鈮玻璃樣品接好加熱電源，在作為蓋玻片的第二塊玻璃上方設(shè)置激光器，使發(fā)射波長為1064nm的連續(xù)激光透過第二塊玻璃直達(dá)硼磷酸鈮玻璃樣品的表面進(jìn)行掃描；并將三明治式裝置置于密封的盒子中，向密封的盒子中通入非氧化性氣體形成氣體氛圍，并對作陽極的第二塊玻璃和作陰極的硅片施加電壓，向硼磷酸鈮玻璃樣品施加電場，并向硼磷酸鈮玻璃樣品施加熱場，同時利用激光束對硼磷酸鈮玻璃樣品進(jìn)行掃描，利用電場、熱場及激光光場輔助方法，對作為樣品的硼磷酸鈮玻璃進(jìn)行顯微熱極化處理，然后將作為樣品的硼磷酸鈮玻璃進(jìn)行冷卻后，制備顯微二階非線性極化率光學(xué)元件。