[發明專利]一種鉭鈮酸鉀單晶基片元件的加工制作方法

有效

• 申請號: 202010563920.X
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111775354B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 王旭平;吳豐年;陳芙迪;邱程程;劉冰;張飛;楊程凱
• 申請（專利權）人: 山東省科學院新材料研究所
• 主分類號: B28D5/00
• 分類號: B28D5/00;B28D5/04;B28D5/02;B28D7/00;B28D7/04;B24B1/00;B24B37/24;H01S3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種可定制高精度鉭鈮酸鉀（KTa_1?xNb_xO₃；0≤x≤1，簡稱KTN）單晶基片元件的加工制作方法，屬于人工晶體及玻璃材料的加工制備領域，方法主要包括針對KTN系列晶體的定向、切割、組方、研磨、拋光及卸盤。本發明為KTN單晶基片元件制作提供完備方案，可為KTN晶體用作光波導、光開關、偏轉器等電光調制元件，以及襯底基片材料提供樣品基礎。

技術領域

本發明涉及一種電光調制用人工晶體材料的加工制備方法，屬于激光元器件領域。

背景技術

電光晶體材料是全固態激光的基礎材料之一，可實現激光傳播特性的調制，電光調制具有效率高、穩定性好、響應快及無慣性等優勢。電光晶體是一類具有重要應用的功能晶體，發明高效電光晶體的發展，對于全固態激光技術的發展和應用具有重要意義。

鉭鈮酸鉀(KTa_1-xNb_xO₃,KTN)晶體是鉭酸鉀(KTaO₃,KT)和鈮酸鉀(KNbO₃,KN)兩種晶體的固溶體混晶，具有優異的電光性能和光折變性能，KTN晶體在光束偏轉器、Q開關、高速光快門、全息存儲、光強度調制器、光位相調制器等領域都有著廣泛的應用前景；同時，KTN還作為一種優秀的薄膜材料，襯底材料有著廣泛的應用。

激光調制用光開關、光快門、偏轉器等器件對調制核心元件的晶向偏差、晶格完整性、表面平整度等要求極高。為了獲得高質量激光調制元件，要求KTN晶片無晶向偏差、表面晶格完整且表面平滑無損傷。即使極小的角度偏差或晶面缺陷，都將破壞激光的調制效率和性能，甚至導致結晶構造的變化，影響元件的調制精度和穩定性。KTN晶體屬典型的硬脆材料，高鈮含量的KTN晶體還有解理性和各向異性等機械力學性能。

KTN晶體是一種典型的二次電光晶體材料，一般認為，階次越高的非線性調制，其非線性系數越小，因此長久以來電光調制研究的重點一直局限于線性電光材料和器件。常用的有鈮酸鋰(LN)、鉭酸鋰(LT)、磷酸鈦氧銣(RTP)和硅酸鎵鑭(LGS)等，相應的調制元器件都是針對這些線性電光晶體的。另外，由于KTN晶體的無限固熔體特性，生長高質量大尺寸的單晶非常困難，這使其研究和應用一直受到很大限制。近年來，隨著晶體制備技術的不斷進步，人們成功獲得了符合實用要求的英寸級、高質量KTN單晶，這使KTN的研究和應用越來越受到重視。研究顯示，KTN晶體在激光調制方面甚至表現出比線性電光晶體更為優異的性能。不論是對比傳統的聲光、機械調制等，還是現有的線性電光調制，基于KTN晶體Kerr效應的電光調制在透光波段、調制效率和響應時間等諸多方面都明顯優于前者。因此，基于KTN晶體二次電光效應的電光調制在降低驅動電壓、減小器件尺寸方面更具優勢，更能滿足未來激光器寬波段、小型化、集成化發展的需要。

KTN晶體電光調制器件目前從實驗室研究轉向產業化應用，其元件加工制備對晶體器件的性能至關重要，而現有激光調制元件的加工制備技術大都是針對線性電光晶體材料的，同時一種電光晶體材料的實際應用與該晶體特有的物理化學性能密切相關，因此本發明針對二次電光效應特點和KTN晶體結晶學特性發展了專門的KTN電光調制元件加工制備技術，該技術不僅可以大大推進KTN電光調制器的應用推廣，還對二次電光調制技術具有廣泛借鑒意義。

發明內容

本發明針對二次電光效應特點和KTN晶體結晶學特性，旨在提供一種應用于不同組分配比和不同晶相的KTN系列晶體二次電光調制器件的基片元件的加工制作方法，為發明高效KTN二次電光調制器提供元件制備方案。

本發明的技術方案如下：一種鉭鈮酸鉀單晶基片元件的加工制作方法，所述KTN晶體為Nb組分為0x1，晶相為立方(m3m)、四方(4mm)或正交(mm2)，摻雜離子為Cu、Fe、Sn、Ti、Li、Na、Mn單摻或混合多摻的KTa_1-xNb_xO₃或M:KTa_1-xNb_xO₃晶體。