[发明专利]极化晶体畴结构无损表征的方法、系统及其应用

说明书

本申请公开了一种极化晶体的无损检测方法、系统及其应用，用于极化晶体畴域结构重要指标参数(包括占空比、极化周期等)的无损状态下的表征。该对极化晶体施加一定的电场，不改变极化晶体畴结构的前提下放大极化晶体折射率的变化；通过图像采集、衍射光强采集和数据分析，得到极化晶体畴结构的性能参数。通过对晶体施加一定的电场放大折射率变化量却又不会改变极化晶体畴结构，通过图像采集粗测、衍射光强分布图采集分析，采用严格耦合波分析方法(RCWA)进行优化分析，从而在晶体无损状态下获得极化晶体精确的畴域结构相关性能参数。

技术领域

本申请涉及到极化晶体畴域结构的无损表征系统及其方法，属于极化晶体的性能检测技术领域。

背景技术

极化晶体广泛应用于倍频、差频、和频、光学参量振荡以及THz波产生等方面，在激光显示、光纤通讯、大气探测以及军事对抗等领域，是光频率转换、光参量转换领域的重要材料。系统地表征极化晶体的性能(包括了极化周期、极化占空比、极化均匀性等)，是极化晶体质量评估的重要内容。通常情况下，检测极化晶体畴域结构的方法是将其浸入溶液体积比为1:1的HNO₃和HF酸混合液中进行10分钟左右的腐蚀，然后直接在偏光显微镜下可以检测到极化周期、极化占空比以及均匀性等参数。但是这样的方法往往会降低晶体表面粗糙度，在一些实际应用中会导致晶体出现较大的散射，从而影响其使用。工业生产中的处理方法是对极化晶体进行抽检，但是往往有劣品没有被检出，导致使用过程中出现较大的误差，为此本专利提供了一套用于极化晶体畴域结构的无损表征系统。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了极化晶体畴结构无损表征的方法，该方法可以在极化晶体无损状态下分析得到极化晶体的畴域结构信息。该方法通过在极化晶体两端施加一定的电场来放大折射率变化量，根据偏光成像和衍射光强分布计算分析得到极化晶体的详细信息，从而实现极化晶体畴域结构的无损检测。

所述方法的特征在于，对极化晶体施加一定的电场，不改变极化晶体畴结构的前提下放大极化晶体折射率的变化；通过图像采集、衍射光强采集和数据分析，得到极化晶体畴结构的性能参数。

本申请的技术方案，通过对晶体施加一定的电场放大折射率变化量却又不会改变极化晶体畴结构，通过图像采集粗测、衍射光强分布图采集分析和优化算法分析，获得极化晶体精确的畴域结构相关性能参数。极化晶体在施加电压的状态下通过偏光显微系统采集到粗略的畴结构图样，再根据衍射光学光强采集图样与严格耦合波分析算法(简写为RCWA算法)分析得到精确的畴结构信息。根据上述方案可以获得极化晶体的无损表征。

优选地，所述极化晶体畴结构在铁电畴方向呈周期性变化或准周期性变化。

优选地，所述极化晶体选自极化铌酸锂晶体(简写为PPLN)、极化掺MgO铌酸锂晶体(简写为PPMgOLN)、极化钽酸锂晶体(简写为PPLT)、极化近化学计量比钽酸锂晶体(简写为PPSLT)、极化掺MgO钽酸锂晶体(简写为PPMgOLT)、极化磷酸氧钛钾晶体(简写为PPKTP)、极化砷酸钛氧铷晶体(简写为PPRTA)、极化铌酸锶钡(Sr_0.6Ba_0.4Nb₂O₆S简写为PPSBN)、极化石英中的一种。

优选地，所述极化晶体厚度为0.5mm～3mm，极化周期≥1μm。

优选地，对极化晶体所施加的电场电压为恒压电压，且该电压小于极化晶体本身的电压阈值。

进一步优选地，极化晶体折射率的变化值和所施加的电场电压成正比；当施加电场的电压为V时，极化晶体折射率的变化值Δn为：

其中，γ₃₃是极化晶体沿晶体z轴方向的光电系数；

n_e是e光折射率；

d是电场方向的晶体厚度。