[发明专利]一种自准直空间型铌酸锂电光相位调制器及其制备方法

说明书

本发明的一种一种自准直空间型铌酸锂电光相位调制器及其制备方法，包括自准直空间型电光相位调制器包括电极(1)，掺镁铌酸锂晶体近表面折射率渐变层(2)和高折射率掺镁铌酸锂晶体芯层(3)；其中在电极(1)的两极之间设置所述高折射率掺镁铌酸锂晶体芯层(3)；所述掺镁铌酸锂晶体近表面折射率渐变层(2)成对地设置于高折射率掺镁铌酸锂晶体芯层(3)与所述电极(1)形成的空间中。与现有的铌酸锂空间型电光相位调制器相比，本发明具有更低的半波电压、更大的光强承受能力、更低的传输损耗和更高的调制效率；输入光束无需进行准直，减少了系统复杂程度，可直接与大芯径、大模场光纤直接连接，扩展了应用场景。

技术领域

本发明涉及电光转换技术领域，尤其涉及一种自准直空间型电光相位调制器。

背景技术

激光冷却是利用激光和原子的相互作用减速原子运动以获得超低温原子的高新技术。激光冷却有许多应用，如：原子光学、原子刻蚀、原子钟、光学晶格、光镊子、高分辨率光谱以及光和物质的相互作用的基础研究等等。近年来利用激光冷却原子实现量子计算是未来最具潜力的应用场景之一。在实现激光冷却的过程中，需要对多束光实现可控的相位调制。这是实现激光冷却的关键环节。因此，空间型相位调制器是激光冷却装置中必不可少的重要器件。目前主流的空间型相位调制器实现方式包括电光调制和声光调制器两种，所使用材料包括液晶，电光晶体等。

铌酸锂晶体是一种性能优异的电光材料，基于铌酸锂电光效应制成的电光调制器已经广泛应用于通信，传感领域。其中空间型铌酸锂电光相位调制器(Qubig GmnH，Germany)已经用于开发原子冷却装置中。相较于液晶空间光调制器，铌酸锂电光相位调制器有着更快的调制速度以及更大的光强承受能力。如图1所示，为现有的空间型铌酸锂电光相位调制器结构示意图。包括金属电极Au，并于金电极两极加载直流电压V_DC。在使用时需要对入射光进行非常复杂和严格的准直，并且非常严格的地垂直入射。否者一旦入射光线在晶体内部传输时折射到金属电极Au表面，将会由于金属表面的电荷吸收导致光能量的损失。不同波长的光由金属反射一次损失的能量大约10％～50％不等。多次反射后光能量损失非常大。当然，避免金属电极Au对光吸收的问题可以采用金属电极和晶体材料之间镀制较厚的二氧化硅缓冲层的方法。但由于二氧化硅对整个介电结构的改变以及二氧化硅中残留Na等盐分离子的影响，会导致调制器的调制效率和调制波形等变差，极大地降低了器件的性能。因此需要寻找一种新的方法，解决上述矛盾。

发明内容

为了克服现有传感器所存在的光损耗导致的光信号强度不强、温度灵敏度不太高的不足，基于上述技术问题，本发明提出一种自准直空间型铌酸锂电光相位调制器及其制备方法，实现了一种利用气相传输平衡技术制备的自准直空间型电光相位调制器。

本发明为解决上述问题而采取的技术方案如下：

一种自准直空间型铌酸锂电光相位调制器，该电光相位调制器的结构包括自准直空间型电光相位调制器包括电极1，掺镁铌酸锂晶体近表面折射率渐变层2和高折射率掺镁铌酸锂晶体芯层3；其中：

所述电极1的两极之间设置有所述高折射率掺镁铌酸锂晶体芯层3；所述掺镁铌酸锂晶体近表面折射率渐变层2成对地设置于高折射率掺镁铌酸锂晶体芯层3与所述电极1形成的空间中。

一种自准直空间型铌酸锂电光相位调制器制的备方法，该方法具体步骤如下：

步骤1、选择采用商业化的标准的0.5～3mm厚的Z切离子浓度为5mol％的镁掺杂铌酸锂晶片作为起始晶体材料；

步骤2、使用气相传输平衡法处理5mol％镁掺杂铌酸锂晶片：将这些镁掺杂铌酸锂晶片用铂丝包裹，置于具有富锂气氛的密闭两相坩埚中；然后，用同样由两相粉末制成的盖子密封坩埚；随后，将坩埚加热到目标温度1100℃，依据所需折射率加热时间，直至获得所需的折射率的晶体表面，获得约10～50微米厚的折射率渐变层；