[發明專利]一種片上集成倍頻器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202110987782.2
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113820901A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 李志遠;彭凌志;洪麗紅;李銘洲
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭宏謀

1.一種片上集成倍頻器件，其特征在于，包括：

鈮酸鋰襯底；

導電金屬層，設置在所述鈮酸鋰襯底上；

二氧化硅層，設置在所述導電金屬層上；

啁啾極化鈮酸鋰薄膜層，設置在所述二氧化硅層上，包括多個依次排列且長度不等的疇結構，多個疇結構中相鄰疇的極化方向相反，所述多個疇結構提供的寬帶倒格矢對入射飛秒脈沖激光的倍頻過程中的相位失配進行補償。

2.根據權利要求1所述的一種片上集成倍頻器件，其特征在于，所述多個疇結構的長度沿著光傳播方向按照連續的啁啾變化而改變；

每個所述疇結構的長度根據以下公式確定：

其中，z表示某一個疇結構所對應的z方向上的起始位置坐標，z方向為光傳播方向，Λ₀為入射飛秒脈沖激光的中心波長所對應的倍頻過程所需要的極化周期，D_g為啁啾度。

3.根據權利要求2所述的一種片上集成倍頻器件，其特征在于，通過設計所述極化周期Λ₀、啁啾度D_g以及所述啁啾極化鈮酸鋰薄膜層的長度L的數值，使所述啁啾極化鈮酸鋰薄膜層的倒格矢呈現為：以入射飛秒脈沖激光的中心波長所對應的倍頻過程的相位失配為中心的倒格矢帶。

4.根據權利要求3所述的一種片上集成倍頻器件，其特征在于，所述倒格矢帶對應于入射飛秒脈沖激光中各個頻譜分量的倍頻過程以及和頻過程，為非線性頻率轉換過程提供相位補償。

5.根據權利要求1所述的一種片上集成倍頻器件，其特征在于，所述啁啾極化鈮酸鋰薄膜層的厚度為100-1000nm。

6.一種片上集成倍頻器件的制備方法，其特征在于，包括鈮酸鋰薄膜的制備過程和鈮酸鋰薄膜的極化過程；

所述鈮酸鋰薄膜上設有多個依次排列且長度不等的疇結構，多個疇結構中相鄰疇的極化方向相反，所述多個疇結構提供的寬帶倒格矢對入射飛秒脈沖激光的倍頻過程中的相位失配進行補償。

7.根據權利要求6所述的一種片上集成倍頻器件的制備方法，其特征在于，所述鈮酸鋰薄膜制備過程，包括：

利用電子束在鈮酸鋰襯底A的表面蒸發鍍上導電金屬層；

利用等離子體增強化學氣相沉積在所述導電金屬層表面沉積一層二氧化硅薄膜；

在鈮酸鋰襯底B的表面注入He+離子形成離子層，所述離子層與所述鈮酸鋰襯底B的表面之間形成鈮酸鋰薄膜；

對所述鈮酸鋰薄膜的表面和所述二氧化硅薄膜的表面進行化學機械拋光，將拋光后的鈮酸鋰薄膜表面和二氧化硅表面進行鍵合；

在高溫下退火提高鍵合強度，將He+離子注入層與所述鈮酸鋰襯底B分離，對分離出的鈮酸鋰薄膜表面進行化學機械拋光。

8.根據權利要求6所述的一種片上集成倍頻器件的制備方法，其特征在于，所述鈮酸鋰薄膜極化過程，包括：所述鈮酸鋰薄膜的極化過程，包括：

制備掩模版，所述掩模版的圖案與鈮酸鋰薄膜上多個疇結構相匹配；

在鈮酸鋰薄膜的表面旋涂一層光刻膠，將掩模版的圖案轉移并固化在光刻膠上，得到第一中間樣品；

利用電子束在所述第一中間樣品的表面蒸發鍍上一層金屬薄膜，使得所述鈮酸鋰薄膜的表面區域覆蓋有多個疇結構形狀的導電金屬電極；

去除所述第一中間樣品表面的光刻膠，在所述鈮酸鋰薄膜上留下所述導電金屬電極，得到第二中間樣品；

將所述第二中間樣品置于硅油中，將導電金屬層和所述導電金屬電極與高壓電源連接，使得所述導電金屬電極的覆蓋區域的鈮酸鋰實現疇反轉，得到第三中間樣品；

去除所述第三中間樣品表面的所述導電金屬電極，得到片上集成倍頻器件。