[发明专利]一种制备周期性光学超晶格的方法

说明书

本申请提供一种制备周期性光学超晶格的方法，该方法中，对铁电体晶体进行处理，获得周期性的钛扩散结构；在未扩散区域套刻周期性的目标电极，形成目标基片；对所述目标基片施加电场，则形成周期性光学超晶格。本申请提供的方法中，目标电极套刻在未扩散区域，且目标电极的宽度小于未扩散区域的宽度，在对目标基片施加电场时，目标电极对应的区域发生畴翻转，与目标电极相邻的钛扩散区域能够抑制该区域中畴的横向扩展，从而能够制备线宽较小的周期性光学超晶格。

技术领域

本申请涉及铁电极晶体极化技术领域，具体涉及一种制备周期性光学超晶格的方法。

背景技术

铁电体是一类特殊的电介质材料，在一定温度范围内含有能自发极化，并且自发极化方向可随外电场作可逆转动的晶体，例如，LiNbO3、KTP、GaP以及GaAs等。将微结构引入铁电体晶体中，使其正畴和负畴按照一定的方式有序排列，制成光学超晶格，光学超晶格主要用于激光倍频。其中，微结构可以是周期的，也可以是非周期的；可以是一维的，也可以是多维的。目前，利用周期性极化工艺将铁电体晶体制备成光学超晶格受到了国内外研究人员的长期关注和研究，而周期性极化工艺中的室温电场极化工艺具有结构控制精确，制作方法简单快捷等众多优点，现已成为光学超晶格制备方法中发展最成熟和应用最广泛的技术。

现有技术有多种方式实现室温电场极化工艺，例如传统的金属薄膜电极极化法、液体电极极化法以及光诱导辅助液体电极极化法等，其中，传统的金属薄膜电极极化法由于量产优势而被广泛应用。金属薄膜电极极化法主要包括以下步骤：步骤（1），计算极化周期；步骤（2），使用软件设计出所需要的模板；步骤（3），使用设计好的模板在已经单畴化的晶体上进行光刻，得到周期性的电极图形；步骤（4），在电极上施加电压进行畴翻转；步骤（5），除去薄膜电极，切割即获得光学超晶格。在步骤（5）中，铁电体晶体在外电场的作用下发生畴翻转，形成稳定的电畴结构。畴翻转过程如图1所示，图1（a）至图1（f）为畴翻转不同阶段的示意图，图1（a）表示在电极的边缘成核，这是形成新畴的开端；图1（b）表示核的尖端沿晶轴向晶体另一面传播，在此过程中，核的直径也略微增大；图1（c）表示尖端传播至晶体另一面终止，这一过程在极短的时间（小于1微秒）内完成；图1（d）表示相邻电畴快速接合，形成一个较大的电畴；图1（e）表示畴壁横向扩张；图1（f）表示电畴结构最终达到稳定。

但是，在传统金属薄膜电极极化法中，由于步骤（3）的光刻工艺提供了一个周期性的电极，施加电压时，铁电体晶体内部有的地方电场大，有的地方电场小，电场差值越大，能发生翻转的区域和不能发生翻转的区域越明显。随着电极周期的变小，与电极直接相连的区域和未相连的区域电场差值会变得很小，畴翻转到负面是需要时间的，并且不是所有区域都是一起翻转的。如图2所示，图2（a）为刚发生畴翻转的结构示意图，图2（b）为畴翻转不断进行时的结构示意图，然而，在畴翻转过程中，先翻转区域畴壁周围容易继续翻转，造成先翻转区域周围不停的翻转，导致与金属电极未相连的区域也发生翻转，而相邻与金属电极相连的区域可能还没有发生翻转，此时与金属电极未相连的区域继续横向扩展至相邻与金属电极相连的区域，容易造成由于畴横向扩展严重而导致的连畴现象，如图2（c）所示，而连畴现象的出现，难以制备周期较小的光学超晶格。

发明内容

本申请提供一种制备周期性光学超晶格的方法，以解决现有光学超晶格制备工艺中畴横向扩展严重的问题。

本申请提供一种制备周期性光学超晶格的方法，包括：

对铁电体晶体进行处理，获得周期性的钛扩散结构，所述钛扩散结构表面内嵌有钛扩散区域；

在未扩散区域套刻周期性的目标电极，形成目标基片，其中，所述未扩散区域为所述钛扩散以外的区域，所述未扩散区域与所述钛扩散区域位于所述铁电体晶体的同一表面上，所述目标电极为直接与铁电体晶体相接触的电极，所述目标电极的宽度小于任意两个相邻钛扩散区域之间的未扩散区域的宽度；

对所述目标基片施加电场，形成周期性光学超晶格。