[發明專利]一種自準直空間型鈮酸鋰電光相位調制器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110248273.8
• 申請日: 2021-03-07
• 公開（公告）號: CN112965269B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 華平壤;丁寧;戎士鋮
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明的一種一種自準直空間型鈮酸鋰電光相位調制器及其制備方法，包括自準直空間型電光相位調制器包括電極(1)，摻鎂鈮酸鋰晶體近表面折射率漸變層(2)和高折射率摻鎂鈮酸鋰晶體芯層(3)；其中在電極(1)的兩極之間設置所述高折射率摻鎂鈮酸鋰晶體芯層(3)；所述摻鎂鈮酸鋰晶體近表面折射率漸變層(2)成對地設置于高折射率摻鎂鈮酸鋰晶體芯層(3)與所述電極(1)形成的空間中。與現有的鈮酸鋰空間型電光相位調制器相比，本發明具有更低的半波電壓、更大的光強承受能力、更低的傳輸損耗和更高的調制效率；輸入光束無需進行準直，減少了系統復雜程度，可直接與大芯徑、大模場光纖直接連接，擴展了應用場景。

技術領域

本發明涉及電光轉換技術領域，尤其涉及一種自準直空間型電光相位調制器。

背景技術

激光冷卻是利用激光和原子的相互作用減速原子運動以獲得超低溫原子的高新技術。激光冷卻有許多應用，如：原子光學、原子刻蝕、原子鐘、光學晶格、光鑷子、高分辨率光譜以及光和物質的相互作用的基礎研究等等。近年來利用激光冷卻原子實現量子計算是未來最具潛力的應用場景之一。在實現激光冷卻的過程中，需要對多束光實現可控的相位調制。這是實現激光冷卻的關鍵環節。因此，空間型相位調制器是激光冷卻裝置中必不可少的重要器件。目前主流的空間型相位調制器實現方式包括電光調制和聲光調制器兩種，所使用材料包括液晶，電光晶體等。

鈮酸鋰晶體是一種性能優異的電光材料，基于鈮酸鋰電光效應制成的電光調制器已經廣泛應用于通信，傳感領域。其中空間型鈮酸鋰電光相位調制器(Qubig GmnH，Germany)已經用于開發原子冷卻裝置中。相較于液晶空間光調制器，鈮酸鋰電光相位調制器有著更快的調制速度以及更大的光強承受能力。如圖1所示，為現有的空間型鈮酸鋰電光相位調制器結構示意圖。包括金屬電極Au，并于金電極兩極加載直流電壓V_DC。在使用時需要對入射光進行非常復雜和嚴格的準直，并且非常嚴格的地垂直入射。否者一旦入射光線在晶體內部傳輸時折射到金屬電極Au表面，將會由于金屬表面的電荷吸收導致光能量的損失。不同波長的光由金屬反射一次損失的能量大約10％～50％不等。多次反射后光能量損失非常大。當然，避免金屬電極Au對光吸收的問題可以采用金屬電極和晶體材料之間鍍制較厚的二氧化硅緩沖層的方法。但由于二氧化硅對整個介電結構的改變以及二氧化硅中殘留Na等鹽分離子的影響，會導致調制器的調制效率和調制波形等變差，極大地降低了器件的性能。因此需要尋找一種新的方法，解決上述矛盾。

發明內容

為了克服現有傳感器所存在的光損耗導致的光信號強度不強、溫度靈敏度不太高的不足，基于上述技術問題，本發明提出一種自準直空間型鈮酸鋰電光相位調制器及其制備方法，實現了一種利用氣相傳輸平衡技術制備的自準直空間型電光相位調制器。

本發明為解決上述問題而采取的技術方案如下：

一種自準直空間型鈮酸鋰電光相位調制器，該電光相位調制器的結構包括自準直空間型電光相位調制器包括電極1，摻鎂鈮酸鋰晶體近表面折射率漸變層2和高折射率摻鎂鈮酸鋰晶體芯層3；其中：

所述電極1的兩極之間設置有所述高折射率摻鎂鈮酸鋰晶體芯層3；所述摻鎂鈮酸鋰晶體近表面折射率漸變層2成對地設置于高折射率摻鎂鈮酸鋰晶體芯層3與所述電極1形成的空間中。

一種自準直空間型鈮酸鋰電光相位調制器制的備方法，該方法具體步驟如下：

步驟1、選擇采用商業化的標準的0.5～3mm厚的Z切離子濃度為5mol％的鎂摻雜鈮酸鋰晶片作為起始晶體材料；

步驟2、使用氣相傳輸平衡法處理5mol％鎂摻雜鈮酸鋰晶片：將這些鎂摻雜鈮酸鋰晶片用鉑絲包裹，置于具有富鋰氣氛的密閉兩相坩堝中；然后，用同樣由兩相粉末制成的蓋子密封坩堝；隨后，將坩堝加熱到目標溫度1100℃，依據所需折射率加熱時間，直至獲得所需的折射率的晶體表面，獲得約10～50微米厚的折射率漸變層；