极化电极均匀化设计调控铌酸锂周期极化占空比

• Published in: 人工晶体学报 Vol. 53; no. 3; pp. 449 - 457
• Main Authors: 刘齐鲁, 郑名扬, 高洋, 张龙喜, 宋于坤, 王孚雷, 刘宏, 王东周, 桑元华
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 山东大学,晶体材料国家重点实验室,济南 250100%济南量子技术研究院,济南 250022%山东大学,晶体材料国家重点实验室,济南 250100 01.03.2024; 济南量子技术研究院,济南 250022
• Subjects: 周期极化铌酸锂; nonlinear optics; 有限元分析; 铌酸锂; spatial electric field distribution; 非线性光学; lithium niobate; periodically poled lithium niobate; 空间电场分布; finite element analysis
• ISSN: 1000-985X
• DOI: 10.3969/j.issn.1000-985X.2024.03.009

O734; 准相位匹配(QPM)理论上能够充分利用晶体的非线性光学系数、无走离效应,在光学频率转换中具有非常大的优势.铌酸锂晶体(LiNbO3,LN)具有高非线性光学系数、宽通光范围和低生长成本,因此基于铌酸锂铁电畴结构设计获得的周期极化铌酸锂晶体(PPLN)成为准相位匹配技术的理想选择.目前制备PPLN晶体最常用的方法是外加电场极化法,制备过程中,电极结构的参数对极化过程至关重要.本研究基于实时监测下的电场极化过程,结合有限元分析,对不同电极结构的空间电场分布进行分析,发现电极边缘出现电场极大值,而电极内部的电场分布相对均匀.基于这一现象,本文提出了一种多通道电极结构的设计方案,以实现极化空间内部电场的均匀分布.本研究采用十通道电极进行极化实验,通过表征每个通道的占空比,发现内部八个通道的占空比大小均匀且在50％±5％范围,通过晶体的倍频实验验证发现十通道周期极化样品中中间通道相对边缘通道的非线性转换效率明显提升并分布均匀,证明其中间通道具有占空比可控的均匀极化结构,为极化空间电场均匀化设计提供了一种高效合理的设计方案.