[發明專利]一種用在光波導電場傳感器的BGO晶體的設計方法

有效

• 申請號: 202010141725.8
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111441085B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 王瑾;胡煌;季啟政;馮娜;陳秋荻;龍丹
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）;北京東方計量測試研究所
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B28/10;C30B29/32;C23C14/30;C23C14/18;G01R29/12;G16C60/00
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 郝明琴

本發明公開了一種用在光波導電場傳感器的BGO晶體的設計方法，首先利用原料Bi₂O₃和GeO₂制備BGO立方晶體，對BGO立方晶體切割得到標準尺寸下的BGO晶體，然后利用飛秒激光在BGO晶體內部刻畫兩條對稱的光波導，在其中一條光波導兩側用激光刻畫互相平行的溝槽，并用電子束噴涂的方法，在溝槽內制作Au金屬電極，最后使用有源對準技術，通過檢測耦合的光功率調整組件相對位置，光纖與晶體端面之間用折射率匹配型固化膠進行匹配和固定。本發明提供的BGO晶體純度高、透射率高，極大地減少了由于電光晶體本身的質量問題帶來測量誤差。

技術領域

本發明屬于BGO晶體切割加工領域，具體涉及一種用在光波導電場傳感器的BGO晶體的設計方法。

背景技術

光學電場傳感器在電場測量領域受到了越來越多人的重視，相比傳統有源電場傳感器，其具有尺寸小、精度高、靈敏度高、線性動態范圍大、頻率響應寬等優點，光學電場傳感器具有廣泛的應用前景和研究價值。現有光學電場傳感器多由晶體光路部分和輸出光檢測電路組成，對于晶體光路部分，現有的制備方法多會影響電光晶體的光學特性，以至于降低整個電場傳感器的測量精度。

BGO晶體具有良好的電光效應，其電光系數大，且無自然雙折射、無熱釋電效應，是光學電場傳感器中最理想的傳感材料。對于集成BGO(鍺酸鉍，Bi₄Ge₃O₁₂)晶體光波導電場傳感器，其晶體尺寸大小、內部的光波導結構、光波導的刻畫工藝、電極的制作方法以及與其它光學元件的耦合等都會對傳感器性能產生影響，因此針對集成BGO晶體光波導電場傳感器，其晶體部分的制備方法及制作工藝設計具有重要意義。

現有的光學電場傳感器中晶體光路部分大多有以下幾個方面的問題：

1.多數光學電場傳感器使用的電光晶體材料為LN(鈮酸鋰，LiNbO₄)晶體，LN晶體存在自然雙折射和熱釋電效應，造成測量誤差；并且，LN晶體光波導的刻畫方法使用的是質子交換的方法，該方法改變了波導通道的折射率，由此會影響最后的測量結果。

2.多數光學電場傳感器采用的是單晶Pockels效應盒的設計方案，該方案僅采用一塊電光晶體，其內部不設計任何光波導通道，通過在晶體外部連接各種光學器件來實現偏振光或相位調制。一方面，該類方案采用了多種光學器件，這些光學器件間的耦合，不可避免的會產生累積誤差，并且增加了傳感器的體積和制作成本；另一方面在晶體內部的光不受到晶體光波導的引導，容易造成光發散的問題，造成測量精度的降低。

光學電場傳感器因其性能較好而受到了廣泛的研究，但由于其結構設計、制作工藝等方面的影響，會造成一定程度上的測量誤差。因此，需要對整套測量傳感器中晶體結構進行專門的設計。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種用在光波導電場傳感器的高純度、高精度的BGO晶體設計方法。本發明采用的技術方案是：一種用在光波導電場傳感器的BGO晶體的設計方法，包括以下步驟：

S1：將原料Bi2O3和GeO2置于坩堝并加熱融化，得到熔體，然后將籽晶浸入熔體，同時對熔體提拉、旋轉，誘導熔體結晶得到BGO立方晶體；

S2：利用激光切割的方式將立方晶體切割成標準的BGO晶體，并對BGO晶體表面進行光學拋光；

S3：利用飛秒激光在BGO晶體的內部相鄰的刻畫出多條相互平行但位于不同深度的刻痕，這些刻痕組成一條第一光波導，所述第一光波導包括第一彎曲部和第一直線部；

S4：重復S3，在BGO晶體內部刻畫出一條與第一光波導對稱的第二光波導，所述第二光波導包括第二彎曲部和第二直線部，所述第二彎曲部和第一彎曲部連通，將第一直線部和第二直線部進行切割，在傾斜的切割斷面鍍上高反膜；