论文摘要
铌酸锂是一种集电光、声光、光弹、压电以及非线性性能于一身的人工晶体,多年来受到了人们的广泛关注。铌酸锂的铁电畴工程被广泛应用于非线性频率转换、光学参量震荡器、光子禁带器件以及电光布拉格反射镜等领域。到现在为止,最常用的畴结构制备工艺是电致反转方法,即利用周期的光刻胶电极提供周期调制的电场来实现畴反转。因为要用到很高的极化电场,畴在生长中非常容易离开设计的区域,所以用此方法制备小周期的畴结构非常困难。因此,研究者们提出一些新的畴反转方法来克服电致反转的这一缺点。光致畴反转是一种很有潜力的畴结构制备方法,近几年来受到人们的关注。光致畴反转是利用激光的作用在外置电场下诱导畴结构。因为畴反转电场在光照区域有大幅度的降低,所以一个光的图样就可以被直接转化成畴的图样而不需要光刻工艺。但是,光致畴反转本身也存在一些问题,比如：有限的畴反转深度、表面钉扎作用明显等。这些缺陷严重影响了光致畴结构的实际应用。本论文的目标是探索光致畴反转的机理,从而优化光致畴反转微结构的制备工艺。论文首先简介了铌酸锂晶体以及它的铁电特性,然后介绍了铌酸锂的几种重要应用,如全息光存储和准相位匹配。论文的第二章详细介绍了畴结构制备工艺及相关问题。首先介绍了畴生长的动力学机理,然后详细阐述了各种畴结构观测方法：电光调制法、氢氟酸腐蚀法、二次谐波产生法、偏振光检测法等。随后,我们介绍了传统的电致畴反转技术。作为一种改良的技术,我们详细探讨了光致畴反转的机理,光波长与强度对畴反转的影响,及其与晶体缺陷的关系。最后,我们介绍了紫外激光制备铁电畴微结构技术。第三章我们研究了在532 nm激光辅助之下铌酸锂晶体的铁电畴反转特性。我们在掺1.0 mol%镁近化学计量比铌酸锂晶体中实现了30 V/mm超低电场的光致畴反转,并对超低电场的成因以及畴在低电场下的生长情况作了仔细的探讨。随后,我们分析了钉扎作用的起因,并实验观测了超低光致电场下铌酸锂晶体缺陷的钉扎作用。利用光致畴反转方法,我们成功制备了二维表面畴微结构。最后,我们对反转铁电畴的纵向深度进行了研究。第四章我们研究了532 nm激光对铁电畴反转的抑制作用。首先,我们阐述了光致畴反转抑制作用的机理。然后,我们通过实验实现了铌酸锂晶体畴结构的转录。转录的畴结构具有笔直的畴壁,以及几乎贯穿整个晶体厚度的畴深度,克服了光致畴反转技术长期困扰人们的一大难题。第五章我们研究了铁电体的畴壁。首先,我们介绍了铌酸锂特有的六角形畴结构。然后,我们计算了在畴壁出现的情况下晶体表面的屏蔽电场。研究了畴壁印迹的产生及擦除过程与屏蔽场水平分量的关系,并从中揭示了畴壁印迹可见性与晶体缺陷浓度的关系。最后,我们通过一组气泡实验,实现了对畴壁弯曲角度的人为控制,并利用表面屏蔽场理论对其中的物理过程进行了详细的分析。第六章我们总结了全文的研究结果,并展望了铌酸锂光致畴反转今后的研究方向。